临鄂霍次克海、西隔鞑靼海峡与大陆相望、南隔拉彼鲁兹海峡（宗谷海峡）与日本北海道相对。北部地势较低，中南部多山，最高点海拔1609米。岛上富有石油、天然气、煤等资源，森林或灌木丛覆盖面积5万平方公里左右，林区占四分之一。在岛的北部和中部有4亿立方米蓄积量的云杉、松树和落叶松。在北部也有油井和天然气。煤在岛上分布很广，煤矿的蕴藏量共190亿吨，东岸的煤主要为褐煤。渔业资源发达。库页岛海岸线弯曲较少，缺乏良港。由于该岛处于环太平洋地震带因此地震频繁。
气候.库页岛属于大陆性气候，气候寒冷