Ambelau tọa lạc trong biển Banda, tại phía nam eo biển Manipa, cách đảo lớn Buru khoảng 20 km về phía đông nam. Nó có hình ôvan với một phần đất lồi ra ở phía đông nam, và có đường kính tối đa chừng 10 km.[1]

Đây ban đầu là một núi lửa, đất đá trên đảo được hình thành từ Đại Tân sinh. Địa hình chủ yếu là đồi núi, với các điểm cao nhất là 608 m (đỉnh núi Baula) và 559 m (đỉnh núi Nona) ở vùng phía tây.[2] Đảo mọc thẳng đứng từ biển lên, với phần đất bằng phẳng chỉ hiện diện tại bờ biển đông và nam. Đa phần lãnh thổ, đặc biệt là vùng núi, phủ rừng nhiệt đới ẩm.[3] Ambelau nằm ở vùng hoạt động địa chấn tích cực và thường xuyên có động đất; hai trận động đất đáng chú ý gần đây nhất diễn ra vào tháng 8 năm 2006[4] và tháng 1 năm 2016 (làm 8 người bị thương và khoảng 120 ngôi nhà bị thiệt hại).[5] Hệ động thực vật đa dạng và tương tự của Buru. Ngoài ra, còn có những rạn san hô ngoài khơi Ambelau.[3]