Formadas pelo recuo e avanço do oceano Atlântico sobre o continente, ao longo de milhares de anos, em conseqüência de sucessivas glaciações (movimento de regressão do mar) e inter-glaciações (movimento de transgressão do mar), as ilhas do arquipélago das Cagarras são na verdade topos emersos de montanhas que, com a variação do nível do mar, isolaram-se e tornaram-se a ligar ao continente: montanhas e colinas foram sendo envolvidas pelas águas e converteram-se nas ilhas e ilhotas que conhecemos. O aspecto atual das ilhas que formam o complexo insular das Cagarras resultou da modelagem lenta e constante realizada por processos erosivos e sedimentares ao longo de milhões de anos. A característica geológica marcante das ilhas, que apresentam formas e alturas peculiares, é a presença de blocos monolíticos isolados, com formas arredondadas no topo, curvas suaves nas vertentes, e encostas sem arestas ou pontas escarpadas - formações essas cuja denominação geológica é "pão de açucar".

O arquipélago das Cagarras (23º01' S ; 43º12' W), com uma área de aproximadamente 2km², é um conjunto formado por três ilhas principais (da Cagarra Grande, de Palmas e Comprida), três ilhotas (Filhote da Cagarra Grande, Praça-Onze, e Matias) e sete lajes (Fedorenta, Cangulândia, Palmas, da Cagarra, Bom Jardim, da Âncora e do Focinho de Porco). As ilhotas Praça-Onze e Matias e a laje Fedorenta fazem parte de um prolongamento fragmentado da ilha Comprida, a mais extensa e baixa do arquipélago; a ilhota Filhote da Cagarra encontra-se separada da ilha da Cagarra pelo canal do Passarinho.

À cerca de 3,5km ao sul do arquipélago, encontram-se a ilha Redonda, a ilhota Filhote da Redonda e a laje da Redonda. A ilha Rasa ou do Farol, localizada a 5,5km à sudoeste do arquipélago, e onde o Departamento de Hidrografia e Navegação da Marinha mantém um farol, é a mais afastada do complexo insular e a única ilha habitada de todo o conjunto. À oeste das Cagarras situam-se a ilha do Meio e o arquipélago das Tijucas (formado pelas ilhas Alfavaca e Pontuda), localizados respectivamente à cerca de 7km e 9km das Cagarras. Aproximadamente 7km à noroeste, a menos de 1km da costa, encontra-se ainda a ilha de Cotunduba (Coelho & Peixoto, 2003). A ponta da pedra do Arpoador, Ipanema, é o ponto da cidade do Rio de Janeiro mais próximo do arquipélago, a 3,5km da ilha da Cagarra Grande.

A zona costeira e a plataforma continental do sudeste do Brasil (do cabo de São Tomé, Rio de Janeiro, ao cabo de Santa Marta, Santa Catarina), com uma largura variando de 80 a 220km, sofre a influência das massas de água da Corrente do Brasil e das Águas Centrais do Atlântico Sul (ACAS). Devido à sua latitude, o arquipélago das Cagarras encontra-se na Zona de Transição, local que, devido às suas características climáticas intermediárias entre a zona tropical e subtropical temperada do Atlântico Sul, reúne componentes faunísticos tanto da província geográfica tropical brasileira e caribenha quanto da fauna do sul do Brasil e da Argentina. Caracteriza-se, portanto, pela representatividade de sua biodiversidade, em um local de relevante interesse científico e conservacionista. Essas ilhas e ilhotas recebem uma maior e mais longa influência das águas oceânicas, mantendo-se portanto, em grande parte do ano, limpas e transparentes. .

Quanto ao nome do arquipélago, a versão mais aceita é a de que tenha se originado de uma referência ao guano (excrementos de aves marinhas) que recobria os costões rochosos das ilhas de forma intensa, fazendo uma alusão à rica avifauna existente na época dos colonizadores portugueses que por isso as batizaram de "Ilhas Cagadas". Com alto teor de nitrogênio e fosfato, o guano é um fertilizante natural para o fitoplâncton, as algas microscópicas que constituem a base da teia alimentar dos ambientes marinhos. Outra versão, menos aceita, é a de que o nome do arquipélago possa ser devido às cagarras (Calonectris diomedea), aves marinhas existentes na costa européia e nas ilhas portuguesas, semelhantes a gaivotas, e com as quais aves nativas abundantes no arquipélago poderiam ter sido confundidas. .

De um ângulo pouco comum - do mar para a terra - a visão da cidade do Rio de Janeiro é incomparável, com as montanhas e a floresta que compõem o paredão do Maciço da Tijuca erguendo-se por trás da faixa de areia branca e dos prédios das praias de Ipanema e Copacabana, e com a possibilidade ainda de se contemplar os principais cartões postais da cidade tais como o Pão de Açúcar, o Corcovado, a Pedra da Gávea, a Pedra Bonita e os picos da Tijuca e do Papagaio.