
Efter år 4900 f. Kr. var havniveauet nået så højt, at det salte vand skyllede ind over området. Det betyder, at Stavns Fjord har været et hav- / fjordområde i ca. 7000 år. I dag er Stavns Fjord en lavvandet fjord med mange øer og holme.
Mod øst er fjorden beskyttet mod strøm og bølger af det ca. 5 km lange Besser Rev. Besser Rev er opbygget af en række øer, der i dag er sammenkædet til en krumodde. Ved højvande overskyller havet af og til Besser Rev ved Draget, som ligger ca. 500 m ude. Stavns Fjord er generelt lavvandet med en gennemsnitlig dybde på 1,6 m. Den største dybde på over 6 m findes kun i en smal rende, som løber sydpå fra Lilleøre og videre syd om Hjortholm og ind til Østerfjord. Fra Østerfjord er der en smal rende mellem Yderste Holm og Kolderne.
Vandarealet i fjorden er på ca. 16 km 2 . Stavns Fjord har stort set ingen ferskvandstilløb - kun en enkelt lille grøft. Tidligere udmundede vandløbet "Sørenden" i Stavns Fjord. For at beskytte fjorden blev Sørenden i 1976 afskåret, og vandet pumpes nu ud i Samsø Bælt.