Įlankos ilgis apie 80 km, plotis – apie 200 km. Muravjovo-Amurskio pusiasalis ir salų grandinė dalina Petro Didžiojo įlanką į dvi mažesnes – Amūro įlanką ir Usūrio įlanką. Krantai (linijos ilgis apie 1500 km) labai raižyti, sudaro daug vidinių įlankų – Auksinio Rago, Posjeto, Streloko, Vostoko ir kt.
Salos Petro Didžiojo įlankoje – Rusų, Popovo, Rikordo, Furugelmo, Askoldo, Putiatino. Taip pat – Rimskio-Korsakovo salynas. Apie 630 km² įlankos ploto sudaro Tolimųjų Rytų jūros draustinį. Žiemą gana didelė įlankos dalis užšąla.
Įlankoje kiekvienais metais vyksta regata „Petro Didžiojo įlankos Taurė“ (Кубок залива Петра Великого).