L'île fait partie des îles d'Hyères. Elle mesure 7 km2 de superficie, 4,2 km de longueur et 2,4 km dans sa plus grande largeur. Elle est entourée de l'îlot de la Gabinière, du rocher du Rascas ainsi que de l'île de Bagaud (Bagueau sur la carte de Cassini). Elle culmine à la montagne du Fortin de la Vigie, à 199 m, mais le mont Vinaigre (194 m) est souvent considéré comme le point culminant. La Grande Garde (185 m) et le mont de la Galère (143 m) font aussi partie des plus hautes collines de l'île. Port-Cros comptait jadis plusieurs rivières, mais une seule subsiste, dans le Vallon de la Solitude, où une petite retenue existe. Par contre, l'île compte plusieurs sources.