Si trova a sud di Miami Beach e a sud-est di Miami, alla quale è collegata dall'autostrada Rickenbacker Causeway. Si affaccia direttamente sull'Oceano Atlantico ed è di solito una delle prime zone di Miami ad essere evacuate in caso di uragano. Secondo quanto riporta l'Ufficio del censimento degli Stati Uniti d'America, il comune occupa una superficie di 3,6 km², di cui 0,26 si trovano sull'acqua.
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Negli impianti del Crandon Park Tennis Center di Key Biscayne si è giocato tra il 1987 e il 2018 il Miami Open, uno dei tornei più importanti del tennis professionistico.