Las mayores altitudes se encuentran en la parte oriental del Istmo Carlos Ameghino con cumbre en el Cerro Piaggio (110 m), la segunda principal elevación es el cerro Morro (109 m) justo en el extremo sur de esta península, la costa suroeste es elevada con importantes acantilados coronados por "cerros" que rondan los 100 metros sobre el nivel del mar, por contrapartida la mayor parte del interior de la península posee depresiones de hasta 41 metros bajo el nivel del mar (Bajo del Gualicho – que no debe confundirse con su casi homónimo de la provincia de Río Negro –) y Bajo Valdés, otras depresiones menores dan lugar a salares como las Salinas Grandes (que no deben confundirse con las otras Salinas Grandes que existen también en Argentina, estas salinas de la península sólo son grandes en relación a la península), la salina Chica (casi inmediatamente al oeste de las Salinas Grandes) y El Salitral ubicado en el centro noroeste de la península. La único asentamiento humano importante de esta península es el villaje de Puerto Pirámides así denominado por las formaciones rocosas piramidales de su entorno.
Con un área de 3.625 km² y ubicada inmediatamente al sur del gran Golfo San Matías, esta curiosa península presenta dos amplias escotaduras originadas en hundimientos tectónicos: al norte el Golfo San José y, al sur, el Golfo Nuevo y al este una menor, alargada, la Caleta Valdés separada del Mar Argentino por una estrecha y prolongada restinga.