Размеры острова Сан-Томе составляют 48 км в длину на 32 км в ширину. На этом острове расположена столица государства, город Сан-Томе.

Остров Принсипи имеет размеры 6 на 16 км.

Экватор проходит чуть южнее острова Сан-Томе, через или совсем рядом с островом Ролаш.

Самая высокая точка острова Сан-Томе — Пику-де-Сан-Томе (2024 м), острова Принсипи — пик Принсипи (948 м).

Климат на уровне моря — тропический морской, то есть жаркий и влажный. Среднегодовая температура — +26—27° C. В жаркие месяцы, особенно в январе, температура обычно превышает +30° C, а в самый холодный (июль) может опускаться ниже +20° C.

Больше всего осадков (до 5000 мм) выпадает на юго-западе Сан-Томе, меньше всего (до 1000 мм) — в низинах на севере. Сезон дождей продолжается с октября по май.

По склонам гор текут реки, наиболее крупные из которых — Агуа-Гранде и Ио-Гранде на Сан-Томе, а также Агульяш, Банзу и Папагайу на Принсипи.

Береговая линия: 209 км.