동경 126°25′, 북위 37°23′에 위치하며, 용유도와 인천국제공항의 남쪽에 있다. 면적은 9.43㎢이고, 해안선 길이는 31.6㎞이다. 섬의 동서 간 길이는 3㎞이고, 남북 간 길이는 약 5㎞이다.
부근에 실미도(實尾島)·소무의도·해녀도(海女島)·상엽도(桑葉島) 등의 부속도서가 산재하여 있어 보통 ‘큰무리섬’이라고 부른다.
1653년에는 용유진에 속하였으며, 1853년에 인천부로 이속되었다. 1914년에 경기도 부천군 소속이 되었으며, 1973년에는 경기도 옹진군에 편입되었다. 1989년에 인천직할시 중구 무의동이 되었고, 1995년에 인천광역시 중구 무의동으로 개편되었다.
옛날에 선녀가 내려와서 춤을 추었다 하여 무의도(舞衣島)라 하였는데, 그 가운데 큰 섬은 대무의도, 작은 섬은 소무의도라고 부른다. 또는 섬의 모양이 마치 ‘장수가 관복을 입고 춤추는 모양’이라는 데에서 지명이 유래했다는 설도 있다. 조선 중기에는 무의도(無依島)로 표기되기도 하였다.
섬에는 크게 3개의 봉우리가 있는데, 남부에 위치한 호룡곡산(虎龍谷山, 246m)이 최고봉이며, 북부에는 높이 227m의 산이 있다. 각각의 봉우리 사이에는 협소한 골짜기가 형성되어 있고, 골짜기는 섬의 동쪽과 서쪽을 연결하는 통로로 이용된다.
해안은 대부분 사빈해안으로 이루어져 있다. 1월 평균기온은 -1.5℃, 8월 평균기온은 24.8℃, 연강수량은 1,015㎜이다.
2011년 기준으로 무의동의 인구는 848명(남 460명, 여 388명)이 거주하고 있으며, 세대수는 432세대이다. 취락은 섬의 동쪽 해안과 남쪽 해안에 분포하며, 큰무리·개안·포내·샘꾸미 등의 자연마을이 있다.
토지이용 현황은 논 0.33㎢, 밭 0.39㎢, 임야 8.65㎢이다. 주민들의 생활은 대체로 농업과 어업을 겸하고 있다. 주요 농산물로는 보리·콩·감자·땅콩·마늘·고추 등이 생산된다. 수산물로는 새우·조기·갈치·꽃게·민어 등이 많이 잡히며 넓은 간석지에서 김·굴·백합·바지락 등을 양식한다.
인천과 덕적을 운항하는 정기여객선의 중계지이며, 부속도서 간에는 도선이 내왕한다. 교육기관으로는 용유초등학교 무의분교장이 있다. 북서쪽 해안에는 실미도해수욕장이, 서쪽 해안에는 하나개해수욕장이 각각 위치한다.