Le Golfe de Carpentarie est une vaste mer peu profonde entourée sur trois côtés par le nord de l’Australie et délimitée au nord par la mer d’Arafura - l’étendue d’eau située entre l’Australie et la Nouvelle-Guinée. Les terres qui bordent le Golfe sont généralement basses et plates. Le Territoire du Nord se trouve au sommet du Golfe; à l'ouest se trouvent La Terre d’Arnhem et Groote Eylandt, la plus grande île du Golfe. La Péninsule du Cap York et le Détroit de Torrès, qui relie le Golfe à la mer de Corail, sont situés à l'est et la région au sud, où se trouve la péninsule du Cap York, qui fait partie du Queensland, connue sous le nom de Gulf Country.

Le Golfe couvre une superficie d’environ 300 000 kilomètres carrés et mesure 700 kilomètres du nord au sud, 590 kilomètres à l’embouchure et plus au sud, il fait 675 kilomètres de large. La profondeur générale du Golfe est comprise entre 55 et 66 mètres, avec une profondeur maximale de 82 mètres. Plusieurs rivières importantes se jettent dans le Golfe, à l'extrémité supérieure, la Rivière Roper, la Rivière Walker et la Rivière Wilton; les Rivières Cox, Calvert, Leichhardt, McArthur, Flinders, Norman et Gilbert se déversent dans le Golfe; et diverses rivières, notamment la Rivière Smithburne, la Rivière Mitchell, la Rivière Alice, la Rivière Staaten, la Rivière Mission, la Rivière Wenlock et la Rivière Archer, coulent de la Péninsule du Cap York dans le Golfe.

Le climat du Golfe est chaud et humide, deux saisons par an, une saison sèche d’Avril à Novembre et une saison humide de Décembre à Mars. Pendant la saison des pluies, de nombreuses zones basses sont inondées. Le Golfe est également sensible aux cyclones tropicaux de Novembre et Avril, avec une moyenne de trois cyclones chaque année. En Septembre et Octobre, le phénomène connu sous le nom de Gloire du Matin apparaît dans le Sud du Golfe et constitue le meilleur point de vue pour l'observer dans la région de Burketown peu de temps après l'aube.