Située à 20 kilomètres à l'ouest de Brest, Plougonvelin est une commune côtière, qui a pour voisines Le Conquet, Trébabu, Ploumoguer et Locmaria-Plouzané. La côte se caractérise à l'ouest par ses falaises de hauteur moyenne, qui comportent quelques grèves, et au nord-est du Fort de Bertheaume, on compte quatre plages, dans l'anse de Bertheaume:

* Bertheaume (aussi appelée plage du Perzel)
* Les Trois Curés
* Le Trez-Hir
* Sainte-Anne

L'habitat se concentre sur les zones du Trez-Hir et du « bourg », le hameau de Saint-Mathieu comptant peu d'habitations.

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