L'isola ha una forma allungata (circa 12 km, per 3 km di larghezza) e la vegetazione è quella tipica della macchia mediterranea. Geologicamente essa appartiene all'Africa e, come Pantelleria, è più vicina alle coste tunisine (distando da queste 113 km) che non a quelle italiane, da cui dista 127 km.; la profondità massima del braccio di mare tra Lampedusa e l'Africa è di 120 m. Il punto più elevato dell'isola è Albero Sole, a 133 m. di altitudine.
Lampedusa è il territorio e il centro abitato più meridionale d'Italia: è infatti situata alla latitudine di 35°30' N, più a sud di Tunisi e Algeri.

Partendo dal porticciolo e, procedendo verso ovest, si incontra l'insenatura in cui si trova la spiaggia della Guitgia, oltrepassata questa, che chiude ad ovest l'insenatura del porto, il tratto di costa successivo è caratterizzato da punte e cale di interesse morfologico come Cala Croce e Cala Madonna, particolarmente profonde, Cala Greca e Cala Galera.
Dopo un tratto di costa più alta, che sormonta la baia della Tabaccara, si giunge in vista dell'isola dei Conigli che dista poche decine di metri dalla costa dove si trova la spiaggia omonima, e dove un tempo Domenico Modugno trascorreva le sue vacanze e dove morì, il 6 agosto 1994. Subito dopo si trova la cala Pulcino e il vallone dell'Acqua. Sul versante settentrionale dell'isola caratterizzato da coste alte e frastagliate a punta Parise troviamo una grotta particolarmente ampia e dall'angusta entrata, che consente l'accesso soltanto a nuoto, e nel cui interno è presente una piccola spiaggia di sabbia. Proseguendo verso ovest, ha inizio da qui un tratto di costa caratterizzato dalla presenza degli Scogli Pignolta, Sacramento e Faraglione, seguiti da Punta Muro, Punta Cappellone che scende a strapiombo sul mare, Cala Ruperta, Punta Taccio Vecchio e Punta Alaimo che marcano un lungo litorale particolarmente selvaggio.
Altro punto d'interesse e il faro di capo Grecale, dal quale costeggiando una grande baia detta del Mare Morto, e frequentatissima da imbarcazioni e dai sub attratti dalla varietà della fauna ittica si giunge a Punta Parrino, che chiude il golfo, e Punta Sottile dove si aprono alcune cale del versante meridionale, come Cala Francese, in fondo alla quale si trova una spiaggia vicino all'aeroporto.

Il clima prevalente è mediterraneo (sottotipo termomediterraneo con ombrotipo secco) e presenta caratteri di transizione verso il clima desertico, le estati in genere sono calde e molto asciutte e gli inverni miti e relativamente piovosi, le precipitazioni sono comunque molto scarse, mantenendosi in media tra i 300 e i 350 mm annui.
Il persistente spirare dei venti, a causa della bassa elevazione dell'isola di Lampedusa sul livello del mare (da un minimo di 2–10 m nella parte SE a un massimo dì 133 m nella parte NW), concorre a rendere sopportabile anche il caldo clima estivo, che risulta essere così piuttosto costante e privo degli eccessi che caratterizzano alcune aree della vicina costa libica.
L'andamento delle temperature medie conferma queste peculiarità climatiche, che avvicinano il clima lampedusano a quello subtropicale semi-arido tipico di alcune aree del Mediterraneo sud-orientale e lo rendono sensibilmente diverso da quello delle altre località costiere della Sicilia; osservando i dati della locale stazione meteorologica si nota che, a Lampedusa, il mese più freddo dell'anno risulta essere febbraio la cui temperatura media giornaliera è +13,6 °C, mentre il mese più caldo risulta essere agosto, con una media di +26,4 °C; a differenza delle località costiere siciliane e tunisine, nelle quali il mese più freddo dell'anno è in genere gennaio (mentre il massimo raffreddamento delle acque marine avviene nel mese successivo), il profilo della temperatura media atmosferica di Lampedusa segue quasi fedelmente quello delle acque marine, che mostrano il massimo raffreddamento a inizio/metà febbraio e il massimo riscaldamento nella seconda metà del mese di agosto.
Questa spiccata marittimità, alla bassa latitudine dell'isola (posta a ridosso del 35º parallelo Nord), ha l'effetto di stemperare notevolmente anche gli estremi climatici stagionali, per cui è raro che in inverno si abbiano minime inferiori ai +8 °C e che in estate le massime superino i +32 °C, salvo quando spira lo scirocco, proveniente dall'entroterra libico. A causa della spiccata insularità il clima di Lampedusa è però caratterizzata da tassi di umidità relativa mediamente elevati, compresi tra il 74 e il 78% per l'intera durata dell'anno, soprattutto nei mesi invernali mentre sono più bassi con le più elevate temperature estive; comunque nell'isola la temperatura è relativamente più fresca nella zona nord-occidentale (Monte Albero Sole, 133 m s.l.m.) e più calda nella zona sud-orientale (cittadella e zona portuale) perché più bassa e meno ventilata.
L'isola ha visto nevicate nel 1913, 1915, 1942 (la più abbondante, con accumulo ovunque, anche sulla riviera) e nel 1956. Il fenomeno non si è più ripetuto da allora. Precedentemente la nevosità era superiore a causa della piccola era glaciale, nel XIX secolo circa 20 episodi, cui però solo pochi con accumulo.

Lampedusa e Lampione fanno parte della placca continentale africana, e si sono sollevate due milioni di anni fa, mentre Linosa è di origine vulcanica.
L'origine geologica di Lampedusa si fa risalire al Tortoniano, periodo Terziario, alla fine del Miocene. Fu questa un'era di ripresa ed esplosione della vita.
La carta (ufficiale) geologica di Lampedusa è stata redatta da Mario Grasso e da H.Martyn Pedley 1988. Calcari di piattaforma e di mare basso (scogliera corallina tortoniana (strati di Calca Pisana).
Il tipo di terreno di Lampedusa è prevalentemente caratterizzato dalla presenza di due tipi di roccia: il calcare (carbonato di calcio) e la dolomite (carbonato di calcio e magnesio).
Tuttavia il suolo calcareo non è uniforme: in alcuni punti si presenta friabile, in altri compatto e misto a roccia silicea (calscisto) tanto da richiedere l'uso di esplosivi per lo sbancamento. Sono presenti notevoli strati di pietra arenaria di durezza inferiore alla pietra di calce che, esposta agli agenti atmosferici, diviene porosa e facile allo sfaldamento.
Questi strati, ben visibili specialmente lungo la costa settentrionale dell'isola (da Capo Ponente a Capo Grecale), formano il letto su cui poggiano gli strati più duri di dolomite. Ciò determina il fenomeno delle falesie, cioè delle ripide scarpate e delle «mensole» formate da lancio continuo di sabbie e ciottoli che scavano un «solco di battente» nella roccia a livello del mare, scalzando alla base la parete rocciosa che finisce per crollare e trasformarsi in «ripa a strapiombo».
Più vistose testimonianze dell'erosione profonda della costa, soprattutto a livello del mare, sono le stupende grotte, talvolta maestosamente paurose, che costituiscono il fascino maggiore dell'intera fascia costiera, specialmente di quella settentrionale.
Un centinaio di metri prima di aggirare Capo Ponente, venendo da Capo Grecale, si ammira un'enorme grotta semicircolare che termina in basso in un'angusta strettoia a pelo d'acqua oltre la quale si raggiunge a nuoto un'imprevedibile spiaggetta di sabbia sottile.
Volgendo lo sguardo verso il cielo si ha l'impressione di sentirsi calati al centro di un cratere di vulcano la cui parete, tondeggiante e protesa verso il mare, supera i 100 metri di altezza.
Più oltre, verso Capo Ponente, si scopre una profonda ansa dominata, a circa 50 metri sul livello del mare, da due massi di roccia biancastra e compatta che sono, tra l'altro, punto di riferimento per i pescatori.
Con un pizzico di fantasia si può vedere un gruppo statuario collocato in incredibile equilibrio statico sull'abisso sottostante. L'immagine di una Madonna con Bambino richiama il gusto iconografico del grande maestro della scultura moderna Henry Moore. Altri e numerosi sono gli incontri con sculture opere degli agenti naturali. Sono immagini fantastiche, ma precise, di animali preistorici giganteschi, di teschi umani, di un baffuto dio Nettuno che scruta severo il mare verso oriente.
Il «faraglione» dopo Punta di Muro Vecchio; lo Scoglio di Sacramento; la deserta Isola dei Conigli; la Punta Sottile, aguzza come la punta di una matita che scompare sott'acqua in una zona irta di punte taglienti e il ponte aereo naturale che sovrasta una bellissima grotta inaccessibile da terra, completano la fantastica galleria della costa. La Punta Sottile è il luogo più meridionale dell'Italia.
È presente anche del terreno pianeggiante, cioè del suolo composto di fertile humus, adatto alla vegetazione spontanea e alle coltivazioni.
L'isola di Lampedusa, assieme alle altre due dell'arcipelago - Linosa e Lampione - non fa parte del territorio europeo, in quanto situata sullo zoccolo africano. Pertanto, particolare non spesso ricordato, le Pelagie sono l'unico territorio italiano che si trova fuori dall'Europa geografica, ed esattamente appartengono all'Africa.
La stessa cosa che, per esempio, succede alle isole greche di Rodi, o di Lesbo, che sono di uno Stato europeo ma si trovano nel continente asiatico.

Tra il 1954 ed il 1956 diverse spedizioni scientifiche si occuparono di elencare le specie faunistiche presenti a Lampedusa; nonostante siano passati più di 50 anni, rimane ancora lo studio più completo fino ad ora mai eseguito.
La spiaggia dei Conigli è oggi uno dei pochi siti del Mediterraneo in cui le tartarughe marine Caretta caretta depongono le uova. L'isola è una riserva naturale e comprende la spiaggia, l'isola dei Conigli e la macchia mediterranea. La flora e la fauna sono simili a quelle nord-africane. È parte dell'Area Marina Protetta "Isole Pelagie" istituita il 21 ottobre 2002 con decreto del Ministro dell'Ambiente.
Il paesaggio di Lampedusa annovera 3 ambienti:
la steppa: copre tutta la parte pianeggiante dell'isola.
la prateria: nei valloni più distanti dall'abitato.
la gariga: in alcuni valloni e cale del versante nord.

I cervi, introdotti probabilmente dai principi Tomasi, erano già estinti alla fine del 1800, anche le capre portate sull'isola dagli stessi principi furono distrutte da Sanvisente intorno al 1847 perché recavano danno ai numerosi innesti degli ulivi. Nessuna traccia è rimasta degli altri mammiferi che negli stessi anni sembra che popolassero Lampedusa come il cinghiale, il bue domestico e l'asino.
Sono soltanto quattro, invece, le specie selvatiche di questa classe trovate recentemente: coniglio selvatico (Oryctolagus cuniculus), mustiolo (Suncus etruscus), pipistrello albolimbato (Pipistrellus kuhlii) e topolino delle case (Mus musculus).
Nel mare che circonda l'isola sono presenti con regolarità tre specie di delfino: tursiope (Tursiops truncatus), stenella (Stenella coeruleoalba), delfino comune (Delphinus delphis).
Un lontano ricordo è invece la foca monaca (Monachus monachus), mentre sono ancora facilmente osservabili, nel periodo tra marzo ed aprile, alcuni grandi mammiferi quali la balenottera comune (Balaenoptera physalus), la balenottera minore (Balaenoptera acutorostrata) e il capodoglio (Physeter macrocephalus).

La vera vedetta alata dell'isola, presente però soltanto da aprile a settembre, è il falco della regina (Falco eleonorae).
Altre specie nidificanti comprendono la berta maggiore (Calonectris diomedea), la berta minore (Puffinus puffinus), il gheppio, il falco pellegrino, il piccione selvatico, la calandrella, il cardellino ed il fanello, il marangone dal ciuffo (Phalacrocorax aristotelis). Qualche nidificazione sporadica vi è stata pure da parte del beccamoschino e lo strillozzo. Deve essere inoltre citata la nutrita colonia di gabbiano reale (Larus argentatus) che nel mese di aprile depone sull'isola dei Conigli.

Tra i rettili, tutti di grande interesse, dobbiamo citare subito, la presenza regolare in fase riproduttiva della tartaruga marina comune (Caretta caretta). Sul suolo dell'isola esiste anche un altro rappresentante dell'ordine Testudinati, la testuggine comune (Testudo hermanni).
Il gruppo dei Sauri è rappresentato da quattro specie. Due comuni su tutta Lampedusa e sono il geco verrucoso (Hemidactylus turcicus) e il geco comune (Tarentola mauritanica). L'altra è la lucertola striata comune (Psammodromus algirus) che è presente soltanto sull'Isola dei Conigli e risulta introvabile (scientificamente assente) sull'isola di Lampedusa.
Soltanto due specie di serpenti sono stati trovati a Lampedusa, ambedue di origine Nordafricana: il colubro dal cappuccio (Macroprotodon cucullatus) e il colubro lacertino (Malpolon monspessulanus).

L'assenza di raccolte d'acqua permanenti esclude la presenza di pesci d'acqua dolce a Lampedusa. Il mare è invece ricco di vita. Ovunque è un pullulare di specie più o meno policrome. Si annoverano per singolarità, l'aragosta, la cernia, la murena, il pesce pappagallo (arrivato a Lampedusa dopo l'apertura del canale di Suez) e più a largo, il pesce spada e il tonno.

Sull'isola sono presenti solo strade comunali e trazzere in sterrato. La strada comunale più importante è la Via Grecale che passando per il Borgo Cala Creta collega l'abitato di Lampedusa, che si trova a sud, con la punta nord-orientale dell'isola dove si trova il Faro di Capo Grecale. Per gli spostamenti est-ovest è presente la Strada di Ponente che correndo lungo la costa meridionale collega il paese con l'estremità occidentale dell'isola. Altre comunali costeggiano la costa settentrionale o si diramano dal paese.

Porto di Lampedusa, principale approdo dell'isola è formato da tre cale naturali, la Cala Palme a levante, la Cala Salina al centro e la Cala Guitgia a ponente. Due delle cale, quella centrale (Porto Nuovo) e quella di levante (Porto Vecchio), sono state banchinate e vengono usate per l'ormeggio di pescherecci e imbarcazioni da diporto. Nella cala di levante si trova anche il Molo Cavallino Bianco per l'attracco dei traghetti della Siremar che svolgono servizi giornalieri per Linosa e per Porto Empedocle che è raggiungibile in 8 ore. A causa dei forti venti e del mare mosso, nei mesi invernali i collegamenti marittimi con Lampedusa spesso vengono interrotti mentre nei mesi estivi, da luglio a settembre, i collegamenti con Linosa e la Sicilia sono assicurati anche da aliscafi con servizio bigiornaliero.
Molo di Cala Pisana, costruito nella località omonima è stato ufficialmente inaugurato il 22 settembre del 2010[4]. È il secondo approdo di Lampedusa costruito come alternativa al porto principale per le giornate con venti di Libeccio che rendono difficoltoso l'approdo ai natanti. È composto da un molo costruito sulla sponda meridionale della cala che permette l'attracco anche di grandi navi come la Palladio che svolge il servizio con la Sicilia, e la Clodia e la Excelsior che vi stazionarono il 3 aprile 2011 per l'emergenza dei migranti nordafricani.

Dall'Aeroporto di Lampedusa il collegamento aereo è garantito tutto l'anno per gli aeroporti di Palermo e Catania. Essendo questi servizi delle tratte sociali per questi due collegamenti i lampedusani usufruiscono di tariffe agevolate. Durante i mesi estivi diversi operatori turistici organizzano voli charter dalle principali località italiane.