島は周囲約132km。火山島ではなく、大部分は
花崗岩からなっている。中央部には
日本百名山の一つで
九州地方最高峰の宮之浦岳 (1,936m) がそびえるほか、他にも数多くの1,000m級の山々を有し、「
洋上のアルプス」の呼び名がある。また、海からの湿った風がこれらの山にぶつかり、「屋久島は月のうち、三十五日は雨」
[浮雲 / 林芙美子. -- 六興出版社, 1951]と表現されるほど大量の降雨をもたらす(年間降水量は平地で約4,000mm、山地で約8,000mmにも達する)。また、亜熱帯地域に位置する島でありながら、2,000m近い山々があるため
亜熱帯から
亜寒帯に及ぶ多様な植物相が確認されている。島の中心部には、日本最南端の
高層湿原である
花之江河(はなのえごう)、
小花之江河が存在するほか、山頂付近の年間平均気温は約5℃(
札幌市よりも低い)であるために
積雪が観測されており、日本国内において積雪が観測される最南端となっている(60cm以上の積雪を観測することがあるほか、
3月の
彼岸以降でも大雪や路面凍結、また
4月以降でも頂上付近ではまだ冠雪が見られる)。
屋久島では樹齢1000年以上の天然杉だけを「屋久杉」と呼び、島内の山間部ではこの「屋久杉」を見ることができる。このうち樹齢が最長と言われる「縄文杉」は推定樹齢7200年とも4000年とも言われており、杉の皮や根を守るため、至近には立ち入ることは出来ず、十数m離れた所にある展望台から見ることになる。
一周を海に囲まれている割には砂浜が少なく、海水浴の為の施設は乏しい。砂浜は白く綺麗だが、人工の海水浴場を除けば遠浅の所はほとんど無く、海水浴に適した場所は少ない。