南中國海的群島，大多由數個環礁組成珊瑚群礁，從北向南延伸，依次有東沙、西沙、中沙、南沙四個大礁群，個別分佈在南海海盆各方向邊緣的水下台階上。此種台階乃是由大陸裂離開來的陸塊，具有大陸架(或稱大陸棚)區環礁鏈之特色。東沙群島位於南海，由三個珊瑚環礁構成：即東沙環礁、南衛灘環礁及北衛灘環礁。其中東沙島位在東沙環礁西側，與南、北衛灘相距約80浬。

　　東沙島距離東北方的高雄港240浬，南距南沙太平島640浬，因東沙環礁形如指環，而東沙島坐落於環礁之上，猶如指環上鑲嵌的一顆珍珠，故東沙島亦有「南海明珠」的美稱。島區本身為馬蹄形，由珊瑚礁堆積而成，陸地面積約1.74平方公里，呈西北西至東南東走向，東沙島長 2800 公尺，寬 868 公尺，環島長約 8 公里；島區中間為一處天然潟湖，面積約0.64平方公里，其潟湖水面伴隨海水潮汐漲退。

　　東沙環礁包括礁台、潟湖、沙洲、淺灘等環礁地形，為一直徑約25公里的圓形環礁，由造礁珊瑚形成。環礁周圍的礁台在低潮時大部分會露出或接近水面，長約46公里，寬約2公里。根據學者估計，要形成這麼大一座環礁，至少需要百萬年以上的時間，屬世界級的地景景觀。環礁內有許多珊瑚丘、小沙洲及淺灘暗礁，環礁外為陡坡或斷崖，深25公尺，幾乎呈垂直下降至深海。環礁的西北、西南各有一天然缺口，東沙島恰位於此缺口中間，形成所謂的南、北水道，是進入內環礁水域的主要通道。

　　東沙島因處熱帶北部，屬亞熱帶海洋性氣候，類似南臺灣，冬季受東北季風、夏季受西南季風影響。每年4至11月偶有颱風來襲，但以8、9月最多，除颱風來襲外，一般風浪均屬微弱。雨量以夏季及秋季較多，冬季較少。海水的鹽度大致上變化不大，全年都在千分之33.4至千分之34.6之間，年雨量2736公釐（集中於5至11月），夏季（5至7月）、秋季（8至10月）多颱風，冬季（11至1月）吹東北季風，最大風速每秒9.4公尺（五級風），平均風速每秒5.8公尺（四級風）。全年平均氣溫為攝氏25度，最低月均溫19.6度（1月），最高月均溫30度（8月）。