キューバの本島であるキューバ島（Isla de Cuba）は、西インド諸島に属するカリブ海で最大の島である。コロンブスの同島「発見」時にはスペイン王国の王族にちなんでフアナ島（Isla de Juana）と命名されたが、後にキューバの呼び名が一般化し現在に至っている（キューバの由来は国名参照）。島の南西には、キューバでキューバ島に次ぐ大きさを持つ「青年の島」が浮かんでいる。
キューバ島の長さは、西端のサン・アントニオ岬から東端のマイシ岬まで約1225km、南北の距離は最大250kmから最小35kmで平均値は80kmと、東西に細長い形状をしている。島の4分の1は山岳地帯となっているが、山地が島の全域に散在していることから、島に山塊は無い。主要山岳地帯としては、西部にオルガノス山脈（標高914m）、中央部にトリニダー山脈（標高1200m）、南東部にマエストラ山脈という3つの異なる山系がある。
東方山系であるマエストラ山脈は、クルス岬からマイシ岬まで南海岸に沿いながら、250kmに及んで連なっている。他の山系と比べると一番長く複雜で、この山脈に属する標高2,005mのトゥルキーノ山は、キューバの最高峰としてそびえている。南方斜面が急な断崖をなす一方で北方斜面は緩慢で、 北方海岸に繋がる山地との間にはカウト川流域の中央低地が発達しており、キューバの主要な農業地域に数えられている。中央部山系であるトリニダー山地は、高度が低く多くの山地群で形成されており、銅・マンガン・ニッケル・クロム・鉄鉱石・タングステン等、地下資源が豊富に埋蔵されている。西部山系であるオルガノス山脈はカルスト地形で、険しい石灰岩の山地・洞窟などが多く、ハバナ付近のコティジャ洞窟が著名である。周辺の丘陵地は、石灰岩の風化土であるマタンザス土壌（Matanzas Clay）で覆われており、肥沃で排水が良く栽植農業地として的合である。
東部と中部、そして西部の山岳地を除けば、島の大部分は200m以下のなだらかな起伏の丘陵地や平野であり、土壌も大半は肥沃で、大規模な機械化農業の生産にも適した土地となっている。しかし、その地形により、島には水量の豊かな長い川が存在せず、200以上の河川の大半は急流を為す小さな川であるために、船舶の航行はできない。主要河川は、島の南東部を流れるカウト川（全長240km）であり、マエストラ山脈を水源とし、グァンタナモ湾に流れ込む。この川は、キューバで最も長い川であり、下流の約100kmは航行が可能な大きさである。また、重要な内陸水路として水力発電にも利用されている。
島は長くて狭く、複雑で入り組んだ海岸線は、全長3735kmにもなる。海岸には約7万km2の大陸棚があり、海岸線には入江、湾、砂州やマングローブ林、サンゴ礁、湿地、大小の岬、半島が多様な景観を造成し、多くの湾が天然の良港となっている。主要な港は、北海岸にハバナ、マタンサス、カルデナス、バイアオンダ、ヌエビタスがあり、南海岸にグァンタナモ、サンティアゴ・デ・クーバ、シエンフエゴス、トリニダーがある。特に、ハバナ港は良港として知られ、通商によって栄えた歴史がある。また、グァンタナモ湾は、1903年以降現在にいたるまで、アメリカ合衆国のグァンタナモ米軍基地（南方軍管轄）が存在することで知られている。
キューバの気候は亜熱帯性海洋気候で、ケッペンの気候区分では典型的な熱帯性サバナ気候に属する。年間の平均気温は摂氏25.5度、夏の平均気温は27度、冬の平均気温は21度であり、夏には東風・南東の貿易風、冬には北東の貿易風が吹く。夏には気温のみならず、湿度も80%前後にまで上昇する。しかし、北東の貿易風が吹くため、気温は和らぎ比較的しのぎやすい環境となる。冬には平均気温が20度近くまで下がるが、それでも日中は気温が30度以上になる。
気温の較差が僅かなため、季節的な気候変化は主に降水量によって左右される。乾期は11月から4月、雨期は5月から10月である。年平均降水量は約1,400mmだが、トリニダー山地から「青年の島」にかけての地域では2,000mmに上り、マエストラ山脈以東の地域では1,000mmを下回り、グアンタナモが一番少ない。雨季と同じ時期である6?10月、特に8月から10月にかけて多くのハリケーンが襲来し、主に北西部地域に風水害を与える。
生態系
植物界：気候条件上、多様な熱帯性の植物が多数生息。その為、キューバ島東部には広い森林がある他、土壌が肥沃な場所ではサトウキビ、コーヒー、稲の栽培などが主に行なわれている。
ヤシ類：ダイオウヤシなど30種以上が生息。
他の分布植物：マホガニー、黒檀、紫檀、ロッグウッド、ヒマラヤスギなど。
栽培植物：タバコ、柑橘類。
動物界
鳥類：約137種。代表はコンドル、シチメンチョウ、ハチドリ、コンゴウインコ、フィンチ。
爬虫類：105種。キタアンティルスライダー、アメリカワニ、キューバワニ（固有種）、キューバボア。