面積504.88km2。円形に近い五角形をしている。鹿児島県の島としては奄美大島に次いで2番目、日本全国でも9番目の面積である（北海道・本州・四国・九州を除く)。
豊かで美しい自然が残されており、島の中央部の宮之浦岳を含む屋久杉自生林や西部林道付近など、島の面積の約21%にあたる107.47km2がユネスコの世界自然遺産に登録されている（世界遺産への登録は1993年、姫路城・法隆寺・白神山地とともに日本初）。

白神山地は、世界遺産登録地域の外側にも広大な山林を持ち、通常は、登録地域外も含めて呼ばれることが多い。
その中でも特に林道などの整備が全く行われていなかった中心地域が世界遺産に登録されている。

世界遺産地域は、中央部の核心地域と、周辺の緩衝地域に分かれ、これらの地域は世界遺産登録時より開発を行わず、現状のまま保護されることになっている。
従って、これらの地域には遺産登録以前からあった登山道以外には道はなく、今後も恒久的に整備されない予定である。特に核心地域には道らしい道はない。また、青森県側の核心地域に入るには、事前、あるいは当日までに森林管理署長に報告をする必要がある。

秋田県側の核心地区は原則的に入山禁止である。核心地区は林道すらないので、そこを踏破するには極めて高度な技術を必要とする。

冬には世界で最も南端に接岸する流氷が訪れる。この流氷により大量のプランクトンが、サケなどの豊富な魚介類が生息する。サケは秋に知床の河川を遡上し、ヒグマやオジロワシなどに捕食される。これらの動物の排泄物および死骸は、植物の栄養素として陸地に還元される。このような、海と陸との食物連鎖を見ることのできる貴重な自然環境が残る点が国際自然保護連合（IUCN）に評価され、2005年に世界自然遺産の登録物件となった。
日本では、自然遺産として3件目の登録。また、海岸線から約3km沖まで登録地域となり、日本で初めて海洋を含む自然遺産登録物件となった。