울릉도는 지질적으로 신생대 제3기에서 4기초에 걸쳐 동해의 심해에서 솟아난 거대한 화산의 정상부에 해당하며 현무암, 조면암, 석회암 등으로 구성되어 있다. 이 화산은 급경사의 종상화산으로서 칼데라 화구의 함몰에 의해 중심부에 평탄한 나리분지가 생겼으며, 성인봉은 외륜산에 해당하고,중앙화구구(火口丘)로서 알봉이 있다. 따라서 해안선이 거의 절벽에 가깝고 좋은 항구가 들어설 곳이 없다. 나리분지를 제외하면 울릉도의 평균경사도는 25도로서 평지가 거의 없기 때문에 주민생활에 불편이 많으며 아직도 섬 일주도로의 완공을 보지 못하고 있다. 동서 길이 10km, 남북 거리 9.5 km, 해안선 56.5km의 좁은 섬이므로 지형도상의 하천은 22개에 이르나 물이 흐르는 하천은 13개 뿐이고

그것도 대부분이 단소하여 하천의 면모를 갖춘것은 태하천과 남양천, 남서천 정도이다. 한편 해안은 현무암의 주상절리가 발달하고 해식작용이 성하여 태하나 학포 등지에는 기암절벽과 해식동굴이 즐비하며, 북쪽의 바다에는 공암, 삼선암 등의 기묘한 해상 바위들이 솟아 있어 천연의 절경을 이룬다.

울릉도는 우리 나라에서는 보기 드문 해양성기후를 나타내고 있다. 연평균기온은 섭씨 12도이나 1월의 평균기온은 0도 이하로 내려가는 일이 거의 없고 8월의 평균기온이 24도를 넘지 않으며 일교차도 적어 전국에서 가장 온화하다. 그러나 동해 한가운데 위치한 지형적 여건으로 인하여 태풍이 연중 2차례 정도 내습하고 폭풍은 67회 정도 발생하는 등 연중 맑은 날씨가 54일정도 밖에 되지 않는다. 또, 연강수량은 1,485mm로 전국에서 가장 많은데 그 중의 약 40%가 겨울에 내리는 눈으로 인한 것이다. 평균 적설량은 1m 내외이나 최대 적설량은 약 3m에 이르러 전국 제일의 다설지역이다.

울릉도에는 약 650여종의 다양한 식물이 자라고 있어 식물의 보고가 되어 있는데 그 중에서도 섬잣나무, 솔송나무, 너도밤나무는 울릉도에만 자생한다. 도합 39종의 특산식물과 6종의 식물이 천연기념물로 지정되어 있으나 멸종위기에 처해 있는 것이 많다. 이에 비해 울릉도에는 파충류,양서류,쥐를 제외한 포유류,은어를 제외한 담수어류가 분포하지 않거나 그 종류가 매우 적은 것이 특색이다. 울릉도에는 개구리는 있으나 이의 천적인 뱀이 없는 것이 특징이며, 최근에는 집에서 도망간 토끼, 염소 등이 산에 사는 짐승의 전부이다. 울릉도의 경지는 전체 면적의 약 15%에 불과하고 그것조차 경사 15도의 산전이 대부분이며 논은 4%에 지나지 않는다.

현재는 약초와 산채 재배 이외에는 농산물 생산량이 거의 없는 편이다. 한우의 경우는 전국 최고의 맛을 자랑하며 꾸준히 이어져 오고 있다. 근해에 동해난류와 한류가 교차하여 회유성 어족이 풍부하며 특히 오징어는 울릉도의 대명사가 되어 있다. 항구로는 여객선 선착장인 도동항과 어업전진기지인 저동항, 그리고 천부, 현포, 태하, 남양, 사동 등의 작은 어항들이 있다.