동경 127°53′, 북위 34°49′에 위치한다. 남북 간의 길이는 약 30㎞이고, 동서 간의 길이는 약 26㎞이다. 면적은 358㎢로 우리나라에서 다섯 번째로 큰 섬이다.
창선도를 비롯한 크고 작은 13개의 부속도서와 함께 남해군을 이룬다. 북쪽은 노량수도(露梁水道)를 건너 하동군과 사천시에, 동쪽은 남해해협을 끼고 통영시에, 서쪽은 여수만을 넘어 전라남도 여수시에 접한다. 남쪽은 대한해협에 면하고 있다.
지질상으로는 경상계 신라통에 속하며, 암석은 화강암이 그 주류를 이루고 있다. 남해도는 소백산의 최남단에 위치하며, 산세가 매우 험준하고 금산(錦山, 701m)·원산(猿山, 627m)·망운산(望雲山, 785m) 등의 높은 산이 있다. 산지가 많고 평야가 협소하여 농경지가 넓게 발달하지 못하였다.
기후는 난류의 영향으로 따뜻한데, 연평균기온은 15.1℃, 1월 평균기온은 2.2℃, 8월 평균기온은 27.6℃, 연강수량은 약 2,400.8㎜이다.
2016년을 기준으로 창선도의 인구를 포함하면 5만 557명(남자 22,251명, 여자 23,763명)이 거주하고 있으며, 세대수는 2만 2234세대이다. 남해군에는 남해읍을 비롯하여 9개의 면이 있다. 이 가운데 창선도는 창선면으로 구성되고, 나머지 1읍 8개 면이 본래의 남해도에 있다.남해읍의 인구가 13,410명으로 가장 많고, 상주면의 인구 규모가 가장 작다.
주요 농산물은 쌀·콩·마늘·고구마 등이고, 연안 일대에는 김·굴·도다리·광어·바지락 등의 양식업이 발달해 있다. 해안선 출입이 심하여 어항이 많고, 반농반어의 가구가 많다. 밀감 및 밤나무 밭이 조성되어 있고, 한우 사육 등도 활발하다.
바다가 얕아서 좋은 산란장을 이루는 까닭에 산란기인 봄과 여름에는 난류성 어족이 많이 모여들어 어획량이 많다. 총 어획고에서 멸치·갈치·고등어·감성돔 등의 어류가 차지하는 비중이 80% 이상이고 나머지는 패류이다.
1973년 6월에 남해대교의 개통으로 하동군과 연결되었으며, 1980년 6월에는 창선교가 개통되어 남해도와 창선도가 이어졌다. 2003년 4월 28일에는 남해 창선도와 사천시를 잇는 3.4㎞의 창선-삼천포대교가 개통되어, 남해도는 북쪽과 동쪽이 모두 육지와 연결됨으로써 더는 섬이라 할 수 없는 정도로 교통이 편리해졌다. 이로 인해 국도 3호선, 19호선, 77호선이 남해도를 연결하며 해안을 일주하고 있다.
특히, 한려해상국립공원의 일부로서 남해도 금산의 38경은 남한의 경승지로 유명하며, 충렬사(忠烈祠)·용문사(龍門寺) 등의 명승고적이 많다. 남해읍은 남해군의 행정·산업·교통의 중심지일 뿐만 아니라 농산물의 집산지이기도 하다. 노량은 해상교통의 중추적 구실을 담당하는 곳이고, 이순신(李舜臣) 장군이 전사한 곳이기도 하다.