背甲盾板平滑，呈黑色、灰色、绿色甚至红棕色，色彩变化极大；腹甲为淡黄色。但刚孵化的稚龟背甲及四肢为黑色，腹甲为白色。因其体内之脂肪累积食物中的绿色色素而呈绿色，因而称为绿海龟。常会与玳瑁混淆，主要区别为前额鳞仅1对，玳瑁则为2对。最大背甲长可超过110公分，体重可达130公斤。
广泛分布于世界各温带至热带海域，台湾附近海域皆可发现其踪迹。
母龟于每产卵季可产1～7窝，每窝产卵数约为110～130个。过去于台湾北部、东部、南部及兰屿、澎湖等岛屿之沙滩皆有上岸产卵的记录，但目前仅剩兰屿、澎湖及太平岛等少数沙滩仍有少数个体上岸产卵。绿蠵龟初期会随着洋流漂移，历经数年之后才会停留在较固定的摄食场栖息。绿蠵龟于孵化初期为杂食性，但至幼龟时开始转为草食性，以海草或大型海藻为食。绿蟠龟有回到其原出生地产卵的习性，于澎湖望安产卵的母龟，于产卵后会回到日本的九州、琉球、台湾北部、海南岛及菲律宾等地，最远距离可达数千公里。