Urdaibai tiene una superficie de 230 km2, lo que supone aproximadamente el 10% de la superficie del Territorio Histórico de Bizkaia y el 3 % de la Comunidad Autónoma Vasca. Se encuadra entre las coordenadas 43º 12’ y 43º 28’ de latitud norte y los 2º 33’ W y 2º 46‘ W de longitud.
Está conformada por 22 municipios. Doce de ellos quedan incluidas en su totalidad: Mundaka, Sukarrieta, Busturia, Murueta, Forua, Gernika-Lumo, Ajangiz, Mendata, Arratzu, Kortezubi, Gautegiz Arteaga y Elantxobe. Otros dos municipios, Muxika e Ibarrangelu, quedan incluidas en su mayor parte. Bermeo, Nabarniz y Ereño aportan más de la mitad de su extensión, y los cinco restantes, Arrieta, Errigoiti, Morga, Amorebieta-Etxano y Munitibar-Arbatzegi-Gerrikaitz aportan menos de un tercio de su superficie.
Este variado grado de implicación municipal se debe a que el ámbito geográfico de la Reserva de la Biosfera de Urdaibai no está determinado por fronteras políticas, sino por las cuencas hidrográficas de los ríos Oka, Mape, Artigas y Laga, que vierten sus aguas al mar Cantábrico. La frontera discurre a lo largo de un rosario de cumbres todas ellas inferiores a los 900 m de altitud, siguiendo la divisoria entre la red hidrográfica mencionada y las cuencas vecinas de los ríos Estepona y Butrón por el oeste, Lea y Ea por el este e Ibaizabal por el sur.
La frontera norte viene impuesta por la línea de costa, según el nivel de bajamares medias, desde el Cabo Matxitxako (Bermeo) hasta la Punta de Arbolitz (Ibarrangelu), localizada entre el puerto de Elantxobe y la ría de Ea, a escasos dos kilómetros del primero. Esta frontera septentrional está jalonada por la isla de Izaro frente a la bahía de Mundaka.
El cabo Matxitxako, principal accidente geográfico de la costa vasca, es el espolón natural que protege por occidente la entrada al estuario. Desde aquí, el límite de Urdaibai asciende por el monte Burgoa (452 m) hacia el interior del término municipal de Bermeo, para continuar por el Garbola (481 m) y el Truende (420 m) hasta llegar al Sollube (686 m) en la confluencia de Bermeo, Arrieta y Busturia. Desde ahí serpentea por los montes Kurtzegana (442 m) y Sestretxa (335 m) para adentrarse en terrenos de Errigoiti en el monte Arriaga (352 m). La divisoria se desvía hacia el este para formar un arco por el monte Maiaga (398 m) y retornar a la cima de Otxolarre (272 m), donde la Reserva de la Biosfera incluye una pequeña porción del municipio de Morga, y continua hasta la cima de Bizkargi (564 m), vértice sudoccidental de Urdaibai.
La fontera sur se enmarca entre los macizos de Bizkargi y Oiz, mojones meridionales de la comarca. Discurre primero por terrenos de Amorebieta-Etxano en el monte Urremendi (270 m) y el collado de Autzagana, para posteriormente continuar sobre el límite de Muxika por Torreburu (320 m), rodeando el barrio de Ibarruri. A continuación se separa de la frontera municipal en Muniketagana hacia el monte Goroño (801 m), y en la dorsal del Oiz. La cumbre de este monte, ubicado en pleno centro de Bizkaia, queda ajena al territorio de la Reserva de la Biosfera puesto que la cuenca hidrográfica finaliza en una de sus cimas hermanas, el monte Astoagana (804 m), el de mayor altitud de Urdaibai y su verdadero vértice sudoriental, que dista diecisiete kilómetros del Cantábrico. La frontera oriental divaga desde aquí por los montes Donesolo (547 m) y Kanpona (504 m) en terrenos de Munitibar-Arbatzegi-Gerrikaitz, Elbitzuaga (469 m) entre Mendata y Aulesti para llegar al Arrola (532 m) que separa Arratzu de Nabarniz. En este punto de la divisoria de cuencas se desvía al oriente hasta el monte Sarada (669 m) sobre Elexalde (Nabarniz), para continuar hacia el noroeste por el crestón calizo integrado por los montes Motrollo (592 m), Krabeliñatxa (572 m) y Geranda (420 m), ya en el municipio de Ereño. A continuación serpentea por el territorio oriental de Ibarrangelu para descender a la rompiente costera en Arbolitz Punta.
El territorio descrito no sobrepasa los 12 km de anchura máxima y los 17 a 20 km de longitud.
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