ทะเลญี่ปุ่นเคยถูกล้อมรอบด้วยแผ่นดินในยุคสมัยที่ยังคงมีสะพานแผ่นดินในภูมิภาคเอเชียตะวันออก[3] โดยหมู่เกาะญี่ปุ่นเริ่มก่อตัวขึ้นจากการแยกตัวของพื้นที่ทางตอนเหนือและใต้ในสมัยไมโอซีนตอนต้น[4] ซึ่งทำให้ทะเลญี่ปุ่นเริ่มเชื่อมต่อกับทะเลเปิด พื้นที่ทางตอนเหนือของหมู่เกาะยังคงแยกแตกกระจายกันจนกระทั่งเกิดกลุ่มเกาะทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือในสมัยไมโอซีนตอนปลาย[4] ขณะที่พื้นที่ทางใต้ยังคงเป็นผืนดินขนาดใหญ่ และเมื่อถึงสมัยไมโอซีนตอนปลายก็เริ่มขยายตัวไปทางทิศเหนือ[4]

ทะเลญี่ปุ่นถูกล้อมรอบด้วยแผ่นดินรัสเซียและเกาะซาคาลินทางเหนือ คาบสมุทรเกาหลีทางตะวันตก และหมู่เกาะญี่ปุ่นทางตะวันออก และเชื่อมต่อกับทะเลอื่น ๆ โดยช่องแคบ 5 แห่ง ได้แก่ ช่องแคบตาตาร์ระหว่างทวีปเอเชียกับเกาะซาคาลิน ช่องแคบลาเปรูสระหว่างเกาะซาคาลินกับเกาะฮกไกโด ช่องแคบสึงะรุระหว่างเกาะฮอกไกโดกับเกาะฮนชู ช่องแคบคัมมงระหว่างเกาะฮนชูกับเกาะคีวชู และช่องแคบเกาหลีระหว่างคาบสมุทรเกาหลีกับเกาะคีวชู

ความลึกเฉลี่ย 1,062 เมตร จุดที่ลึกที่สุดลึกจากระดับน้ำทะเล 3,742 เมตร และมีพื้นที่ประมาณ 978,000 ตารางกิโลเมตร กิจกรรมที่สำคัญที่ทะเลแห่งนี้คือการทำประมง ปลาที่จับได้จะมีลักษณะคล้ายปลาในทะเลเบริง นอกจากนี้ยังมีการจับปลิงทะเลด้วย