大堡礁的总长度为2011公里，最宽处达161公里，其南端离海岸最远距离为241公里，北端最近处离海岸仅有16公里。在落潮时，部分珊瑚礁会露出水面，形成珊瑚岛。这里景色迷人、水流异常复杂，拥有丰富的生物多样性，生存着400余种不同类型的珊瑚礁，其中有世界上最大的珊瑚礁。还有1500种鱼类、4000余种软体动物、242种鸟类在此栖息，它也是某些濒临灭绝的动物物种（如儒艮和巨型绿龟）的栖息地。

大堡礁的形成始于中新世时期，距今已有2500万年的历史。它是由无数直径只有几毫米的腔肠动物珊瑚虫建造而成。珊瑚虫以浮游生物为食，群体生活，能分泌出石灰质骨骼。老一代珊瑚虫死后留下遗骸，新一代继续发育繁衍，像树木抽枝发芽一样，向高处和两旁发展。如此年复一年，日积月累，珊瑚虫分泌的石灰质骨骼，连同藻类、贝壳等海洋生物残骸胶结一起，堆积成一个个珊瑚礁体。

在大堡礁的发展过程中，地质和环境变化起到了重要作用。从新生代开始，原先与南极洲相连的澳大利亚大陆以每年7厘米的速度向北移动。因板块移动，澳大利亚东部经历了陆地抬升的时期，在昆士兰内陆400公里处形成分水岭。另外，由于旺盛的火山活动产生了层状火山、盾状火山及玄武岩流，其中一些坚硬的露头成为高岛。在珊瑚海盆地形成后，珊瑚开始在此生长，但直到2500万年前，昆士兰北部仍处于温带水域，水温过低而不适合珊瑚生长。之后，昆士兰移动到热带水域，水温上升及海水深度变化对珊瑚生长产生了影响，珊瑚的直径和高度开始逐渐增加。然而，珊瑚生长需要阳光，故只分布在水深150米内的水域。约40万年前进入间冰期时，此区的海水温度上升了4℃左右。

1981年，大堡礁被联合国教科文组织列入世界自然遗产名录。但近年来，大堡礁面临着一些环境破坏的威胁，包括气候变化、污染、棘冠海星和渔业等。其中，海洋暖化引发的珊瑚白化现象对大堡礁的生态系统造成了严重影响。2016年的报告显示，大堡礁中北部的部分珊瑚礁因海洋暖化而死亡，2020年4月又出现了5年来第3次大规模珊瑚白化，这是有记录以来最广泛的一次，也是大堡礁首次三个区域均出现珊瑚白化现象。科学家认为此现象系因人类排放温室气体引起的全球迅速变暖所致。