Ebeltoft Vig strækker sig i det sydlige Kattegat mellem de beskyttede Mols Bjerge og den sydlige spids af Djursland, hvor Ebeltoft ligger. Mod nord finder man Femmøller Strand og flere andre strande samt et sydvendt sommerhusområde. På østsiden af vigen ligger Ebeltoft med pynten Ahl Hage og længst ude Ebeltoft Færgehavn, hvorfra der går færger til Sjællands Odde. Kystlinjen langs Ebeltoft Vig udgør en del af et naturreservat på 320 ha. under Nationalpark Mols Bjerge, inklusive en smal landbræmme på cirka 35 ha.

Geologisk set er Ebeltoft Vig ligesom den tilstødende Aarhusbugt dannet af en gletsjer, der skred frem fra sydøst under den sidste istid. Gletsjeren udhulede området og efterlod sig det, vi i dag kender som Ebeltoft Vig og Aarhusbugten. Mols Bjerge, der ligger ved enden af de to gletsjere, består af opskubbet og aflejret materiale fra gletsjernes bevægelse. Disse bakker på det sydlige Djursland når op til 140 m. højde, hvilket placerer dem i samme højdeklasse som Danmarks højeste punkt, Yding Skovhøj på godt 170 m. ved Skanderborg.

Højdeforskellene giver et dramatisk landskab på Mols, især set fra udsigtspunkter som Stabelhøj, Agri Baunehøj og Trehøje, hvor man kan se direkte ned til havet. Tirstrup Hedeslette, der ligger mod sydøst for Ebeltoft Vig, er dannet som et afvandingsområde mod nordvest mod Randers for gletsjeren, der formede Ebeltoft Vig, samt en tredje gletsjer, der lå langs Djurslands østkyst, da isen begyndte at smelte. Selvom det kan virke overraskende, kom gletsjerne faktisk fra sydøst og ikke fra nord.