동경 128°23′, 북위 34°33′에 위치한다. 통영에서 남서쪽으로 14㎞ 지점에 있고, 욕지도 동쪽에 위치한다. 면적은 1.72㎢이고, 해안선 길이는 12.5㎞이다. 연화도의 용머리는 통영팔경 가운데 하나이다.
섬의 형상이 바다 가운데 한송이 연꽃처럼 생겨서 연화도라 하였다는 설과 옛날 이곳에서 수도하였다는 연화도사의 이름에서 비롯된 지명이라는 설이 있다. 중앙에 있는 연화봉은 깃대먼당이라고 불리는데, 이는 일제강점기에 지형측량을 위한 깃대를 이곳 먼당(산봉우리)에 꽂아 두었던 것에서 유래되었다고 한다.
남서해안 가까이에 있는 연화봉(蓮花峰, 212m)이 최고봉이며, 섬의 중앙부는 북북서-남남동 방향으로 완경사와 저지대가 형성되어 있다. 북서해안을 제외하면 대부분 암석해안을 이루고 해식애가 발달해 있다. 온화한 기후로 아열대성 식물인 동백나무·풍란 등이 자라며, 후박나무 군락이 있다. 1월 평균기온은 3.0℃, 8월 평균기온은 25.3℃, 연강수량은 1,548㎜이다.
2015년 기준으로 인구는 175명이 거주하고 있으며, 세대수는 101세대이다. 취락은 선착장이 있는 본촌마을에 집중해 있다. 토지이용 현황은 논은 없고 밭 0.59㎢, 임야 2.74㎢이다. 주민의 대부분이 농업과 어업을 겸하고 있다. 주요 농산물로는 보리·콩·고구마·고추·밀감 등이 생산되며, 특히 고구마가 많이 생산된다.
연안에서 멸치·장어·낙지·바지락 등이 어획되고, 넙치와 볼락 등의 양식업이 활발하다. 옛날부터 정초에 1년 내내 무사고와 고기가 많이 잡히도록 풍어놀이와 풍어제를 지내왔다. 교통은 통영과 욕지도를 왕래하는 정기여객선이 연화도를 경유한다. 교육기관으로는 원량초등학교 연화분교장이 있다.