면적은 54.8㎢이고 해안선 길이는 85㎞이다. 육지와는 불과 2㎞ 정도 떨어져 있어 겨울 썰물 때, 해면이 결빙되면 도보로 내왕이 가능하다.
우리 나라에서 12번째로 크며, 서한만 내에서는 제일 큰 섬이다. 섬의 모양은 동북에서 서남 방향으로 길게 뻗었으며, 남북 길이가 약 15㎞, 동서 길이가 약 10㎞이며, 섬의 중앙에 위치한 운종산(雲從山, 633m)이 최고봉이다.
이 섬은 육지의 산맥이 침수되어 섬으로 떨어져 나간 것으로 보이며, 섬 전체가 산으로 되어 있고 해안까지 산지가 접하여 있다. 이 곳 해안은 해안선의 출입이 심한 리아스식해안을 이루고 있다.
운종산과 신미도의 암석은 대체로 화강암 및 화강편마암이고 200∼300m 높이의 산줄기가 남북으로 뻗어 있다. 드나듦이 심한 해안에는 곶과 만입이 많다. 보리수나무·서어나무·초피나무 등 280여 종의 다양한 식물이 자생하여 식물보호구로 설정되었으며 200여 종에 이르는 동물의 보금자리이기도 하다. 여름에는 시원한 해풍과 바다의 절경 등으로 피서지로써 이름 나 있다. 고려 시대와 조선 시대에는 목관이 군마를 사육하던 목마장이 있었다.
1620년경 명(明)나라의 유장(遺將) 모문룡(毛文龍)이 회명(回明)의 근거지로 삼았으며 조선의 임경업(林慶業) 장군이 병자호란의 치욕을 씻고자 군사 훈련을 하던 곳이다. 산 남향 중턱에 정자와 사당이 있어 임경업의 충절을 전하고 있다. 근해는 유명한 조기어장으로 위도·연평도와 함께 우리 나라 3대 조기어장의 하나이다.
그 밖에 새우·삼치 등의 어획량도 많고, 성어기에는 흥청한 파시(波市)가 열려 유명하다. 서안의 신미동과 동담동이 중심 마을이며 북쪽 당후포에서 여객선을 이용하여 육지로 나갈 수 있다. 북부 연안에는 넓은 갯벌이 발달하여 백합과 바지락 등의 서식지가 된다. 또한 이곳은 염전의 개발과 간척지 개발에도 유리하다.