Bjørnøya har en bratt, nesten utilgjengelig kyst som er en populær hekkeplass for en rekke sjøfuglarter, og rundt sørspissen av øya finnes noen av de største fuglekoloniene i verden. De vanligste artene i fuglefjellene er lomvi, polarlomvi, alkekonge, krykkje, havhest og polarmåke. Øya har verdens nordligste, større hekkekoloni av lomvi og en av verdens nordligste alkekolonier. Den er også østgrense for islom.

Det er bare én brukbar havn på øya, Sørhamna. Klimaet er forholdsvis mildt, breddegraden tatt i betraktning. Middeltemperaturen for varmeste måned (august) er 4,4°C, og for den kaldeste (januar) ligger temperaturen på -7,4°C. Havområdene rundt øya er viktige næringsområder for sjøfuglene. Dette skyldes blant annet polarfronten som ofte omgir øya på øst-, sør- og vestsiden, og som gir en oppblomstring av plante- og dyreplankton med virkninger oppover i næringskjeden.

Bjørnøya naturrservat omfatter hele øya unntatt et mindre område rundt den meteorologiske stasjonen. Stasjonen ble opprettet i 1918 som radio- og værstasjon og er fortsatt i drift.