อุทยานแห่งชาติหมู่เกาะอ่างทอง ประกอบด้วยเกาะต่างๆ 42 เกาะ ได้แก่ เกาะพะลวย เกาะวัวตาหลับ เกาะแม่เกาะ เกาะสามเส้า เกาะหินดับ เกาะนายพุด และเกาะท้ายเพลา ฯลฯ สภาพของเกาะส่วนมากเป็นเขาหินปูนสูงชัน มีความสูงจากระดับน้ำทะเลปานกลางถึงจุดสูงสุดประมาณ 396 เมตร วางเรียงตัวในแนวเหนือ-ใต้ เป็นพื้นน้ำประมาณ 84 ตารางกิโลเมตร
หมู่เกาะอ่างทองเป็นอุทยานแห่งชาติซึ่งตั้งอยู่ในเขตน้ำตื้นใกล้ฝั่งมีความลึกเฉลี่ยของน้ำประมาณ 10 เมตร และได้รับอิทธิพลของตะกอน จากแม่น้ำตาปีสูง ทำให้น้ำทะเลบริเวณนี้ขุ่นอีกทั้งลักษณะชายฝั่งโดยทั่วไปของหมู่เกาะอ่างทอง มีความชันสูงทำให้แนวปะการังบริเวณนี้ก่อตัว เป็นเพียงแนวแคบๆ ใกล้ชายฝั่ง และจากการที่ตะกอนเป็นปัจจัยจำกัดต่อการอยู่รอดของปะการัง ทำให้พบปะการังพวกที่มีโพลิปยาวเป็น กลุ่มเด่น ได้แก่ ปะการังโขด และปะการังดอกไม้ทะเล ขณะที่ปะการังพวกปะการังเขากวางมีอยู่น้อย นอกจากนี้ยังมีพวกฟองน้ำและปะการังอ่อนมาก กลุ่มสัตว์น้ำที่อาศัยอยู่ในบริเวณนี้ ได้แก่ ปลาผีเสื้อลายแปดเส้น ปลาสินสมุทร ปลานกแก้ว ปลากระเบนทอง ปลาฉลามหูดำ ปลาเก๋า หอยเม่นลายเสือ บริเวณด้านในของแนวปะการัง ซึ่งการไหลเวียน ของน้ำไม่ดีพอ
และได้รับอิทธิพลของการตกตะกอนมาก จะเป็นที่อาศัยของปลิงทะเล ปูม้า และสาหร่าย สีน้ำตาลกลุ่มสาหร่ายทุ่นและสาหร่ายจอก บริเวณด้านข้างเกาะที่เป็นหินชันและมีความลึกมากจนแสงส่องลงไปได้น้อย ปะการังไม่สามารถเจริญเติบโตได้จะเป็นที่อยู่ของสัตว์กลุ่ม กัลปังหา แส้ทะเล หอยนางรม หอยมือเสือ หอยมือหมี ซึ่งยึดครอบครองพื้นที่อยู่ทั่วไป ถึงแม้ในบริเวณนี้จะมีความโปร่งใสของน้ำน้อยแต่ อุดมสมบูรณ์ไปด้วยธาตุอาหาร แพลงค์ตอนพืชและสัตว์ ฉะนั้นในบริเวณนี้ จึงเต็มไปด้วยสัตว์น้ำที่หากินโดยการกรองสารอาหารจากน้ำทะเล ได้แก่ พวกกลุ่มหอยสองฝาชนิดต่างๆ ปะการังอ่อน หอยจอบ ฟองน้ำครก สาหร่ายคัน เพรียงหัวหอม เป็นต้น บริเวณอาณาเขตทะเล เป็นแหล่งเลี้ยงตัวอ่อนของสัตว์น้ำนานาชนิดที่สำคัญคือ ปลาทู ปลากะตัก และหมึกทะเล ด้วยสภาพที่เป็นเกาะขนาดเล็กกลางทะเล มีที่ราบและที่ลาดชันปานกลางน้อย ภูมิประเทศส่วนใหญ่เป็นเกาะที่เป็นเขาหินปูนสูงชัน จึงทำให้เป็นข้อจำกัดในเรื่องของการเป็นถิ่นที่อยู่อาศัยของสัตว์ขนาดใหญ่