Vườn Quốc gia Cát Bà sở hữu một môi trường tự nhiên lí tưởng phù hợp cho sự phát triển của nhiều hệ sinh thái khác nhau. Nơi đây hiện có 3.860 loài thực vật và động vật trên cạn và dưới biển, 130 loài được xác định là quý hiếm, được đưa vào sách đỏ Việt Nam và thế giới, trong đó có 76 loài nằm trong danh mục quý hiếm của IUCN, 21 loài đặc hữu. Đặc biệt, Cát Bà hiện là nơi sinh sống của một quần thể voọc đặc hữu đầu vàng, voọc thân đen đầu vàng (voọc Cát Bà) duy nhất trên thế giới với 63 cá thể loài. 

Nhờ sự đa dạng sinh học cao, quần đảo Cát Bà đã được UNESCO chính thức công nhận là khu dự trữ sinh quyển thế giới vào năm 2004. Đây cũng chính là khu dự trữ sinh quyển lớn thứ ba của nước ta với vùng phân bố các dạng sinh cảnh tự nhiên rộng lớn, bao gồm các bãi cỏ biển, rừng ngập mặn và rừng trên núi đá vôi ở các đảo, hệ sinh thái rạn san hô phát triển nhất Vịnh Bắc Bộ, hồ nước mặn đặc thù, hệ sinh thái đáy mềm được bao phủ dưới khối nước biển trong xanh đạt đến độ sâu 29m, phủ kín bởi thảm thực vật.

Pháo đài thần công là vị trí hiểm yếu với trọng trách canh giữ vùng biển, vùng trời của Tổ quốc những năm bom đạn. Hang quân y là nơi chữa bệnh cho thương binh, nơi trú ẩn, tránh bom đạn của dân cư địa phương và dân cư sơ tán về từ đảo Bạch Long Vỹ. Chưa hết, xung quanh là những đường hầm, hào – nơi ẩn náu an toàn cho bộ đội và nhân dân tham gia kháng chiến chống Mỹ và chống Pháp. Trong lịch sử dựng nước và giữ nước, mỗi trang sử đều thấm đầy máu, mồ hôi và nước mắt của quân và dân ta.

Ngoài ra, Cát Bà còn có nhiều di tích khảo cổ học thuộc thời kỳ đồ đá mới, những di tích văn hóa Hạ Long và dấu vết của người Việt cổ mà tiêu biểu là Cái Bèo - di tích khảo cổ thềm biển có quy mô lớn, địa tầng dày, với tổ hợp di vật phong phú. Minh chứng cho việc người Việt cổ đã từng sinh sống trên vùng đất này. Những giá trị văn hoá đã góp phần làm đẹp hơn bức tranh phong cảnh nơi đây.

Là một điểm đến du lịch nổi tiếng, Cát Bà hội tụ năm danh hiệu quốc gia và quốc tế: Danh lam thắng cảnh - Di tích quốc gia đặc biệt, Khu Dự trữ sinh quyển thế giới, Vườn Quốc gia, Khu Bảo tồn Biển và là một trong những vịnh biển đẹp nhất thế giới.

Bên cạnh đó, Cát Bà còn là vùng đất lâu đời với nhiều truyền thống văn hoá, lịch sử, lễ hội quan trọng cũng như tài nguyên du lịch tự nhiên phong phú gắn liền với biển và tài nguyên du lịch sinh thái.

Như vậy, chính cảnh quan thiên nhiên kỳ thú, dấu ấn văn hóa độc đáo cùng với sự hiếu khách của người dân đã làm nên những giá trị nổi bật của Di tích quốc gia đặc biệt Cát Bà, tạo sức hấp dẫn cho du khách trong và ngoài nước.