Atollen ligger km sørvest for Seychellenes hovedøy Mahé. Avstanden til naboatollen i nord, Astove, er 35 km, mens det er 115 i retning sørøst til atollen Aldabra. Cosmoledo ligger på samme vulkanske fundament som naboøya Astove. Den største øya i atollen heter Menai. Atollen dannes av flere øyer som omkranser en lagune, som på det videste er 16 ganger 11 km. Det er to utløp fra lagunen til havet. Arealet er 5,09 km².