Бирючий утворився внаслідок намивання піску та ракушняку, тому його західна берегова лінія має численні бухти та затоки. Вздовж узбережжя є багато озер. Клімат на острові характеризується як помірно континентальний з довгим жарким літом. Тут переважають судинні рослини — очеретяні, ситникові, пирійні тощо. Ландшафти лучні та піщано-степові. У 70-80-х роках минулого століття тут були насаджені лісові масиви маслинки вузьколистої, в’язу, робінії та ясену, загальною площею 232 га.
Фауна острова представлена переважно парнокопитними тваринами — тут є благородні олені, лані, кулани, свійські коні та муфлони, крім того на Бирючому живуть лиси та єнотові собаки, а серед птахів тут є фазани. Більшість рослин та тварин акліматизовані, оскільки до 20-х років ХХ ст. на Бирючому насправді була бідна жива природа.
