San Carlos está en la costa central de Sonora, en el Golfo de California, a unos 20 km del puerto de Guaymas y a aproximadamente 130 km de Hermosillo, la capital del estado. El paisaje reúne el desierto, con cactus saguaro y pitaya, y montañas de roca volcánica que caen directamente al mar azul.
El símbolo es el Cerro Tetakawi, una colina de dos picos sobre la bahía. El Mirador Escénico, entre ensenadas, tiene una de las vistas más conocidas del golfo, y la playa Los Algodones, de dunas claras, está al pie de la sierra.
Las aguas alrededor son buscadas para buceo, pesca deportiva y paseos en bote hasta la isla San Pedro Nolasco, con lobos marinos. En la marina, los veleros de Estados Unidos y Canadá pasan el invierno.
Guaymas, al lado, es un puerto pesquero y de carga fundado en el siglo XVIII, con malecón y catedral, y cuenta con el aeropuerto regional. San Carlos y Guaymas siguen el huso UTC−7, la Hora del Pacífico de México, sin horario de verano.
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