Открыт в 1846 году командиром корабля «Константин» А. М. Гавриловым, который назвал его Обман, так как залив первоначально был принят в тумане за вход в Амурский лиман[2]. Впоследствии был назван по имени российского военного транспорта «Байкал», который в 1849 году под командой Г. И. Невельского проводил исследования в устье Амура[3].
Залив Байкал представляет собой преимущественно мелководный (глубина от 0,5 до 25 м[4]) водоем, вдающийся в берег к югу от залива Помрь. Ширина залива у входа — 20 км. Большая часть залива Байкал представляет собой обширную литораль, обнажающуюся во время отливов. Приливы неправильные суточные, их величина около 2 м.
С севера залив Байкал отделен от Сахалинского залива низким песчаным островом Уш, который делит вход на Восточный и Западный проходы. По Восточному проходу, максимальная глубина которого составляет 21 м, пролегает фарватер, ведущий в порт Москальво. Вдоль берегов залива широкой полосой тянется осушка[5].
На побережьях залива Байкал доминируют болотные торфяные и торфяно-глеевые почвы низинных и верховых болот и сухо-торфянистые иллювиально-многогумусные почвы[6].