Cô Tô có địa hình đồi núi. Đỉnh giáp Cáp Cháu trên đảo Thanh Lân cao 210 m, đỉnh đài khí tượng trên đảo Cô Tô lớn cao 160 m. Phần giữa các đảo đều cao, vây quanh là núi thấp và những cánh đồng hẹp, ven đảo là những bãi cát nhỏ và vịnh nhỏ. Đất đai chủ yếu là đất pheralit trên sa thạch. Đất rừng rộng 2.200 ha, đất Cô Tô có nông nghiệp đến (771 ha) chiếm 20% diện tích đất tự nhiên, trong đó một nửa số có khả năng cấy lúa, trồng màu, gần nửa có khả năng chăn thả gia súc và trồng cây ăn quả.

Cô Tô ít sông suối, đã đắp đập hình thành 11 hồ nhỏ. Nước ngầm phong phú, chất lượng tốt. Thực vật trên các đảo khá phong phú, nhiều chủng loại. Rừng tự nhiên đa dạng với nhiều loại gỗ tốt và nhiều song mây, ràng rang. Rừng trồng gồm phi lao, bạch đàn, thông đuôi ngựa.Đảo Thanh Lân còn có cam, quýt, chuối đã nhiều năm thành sản phẩm nổi tiếng trong tỉnh. Có nhiều loại dược liệu quý hiếm như hương nhu, sâm đất, thầu dầu tía... trên mọi đảo. Động vật rừng núi từ xa xưa khá nhiều nay ở đảo Thanh Lân có cả đàn khỉ vàng chừng 100 con, một ít trăn, tắc kè.

Nghề đánh bắt tôm, cá, mực... ở đảo Cô Tô đã ở giai đoạn cạn kiệt nên nhiều loại hải sản bị cấm khai thác.