Java nằm giữa Sumatra ở phía tây và Bali ở phía đông. Borneo nằm ở phía bắc và đảo Christmas ở phía nam. Đây là đảo có diện tích lớn thứ 13 trên thế giới. Bao quanh đảo Java là biển Java ở phía bắc, eo biển Sunda ở phía tây, Ấn Độ Dương ở phía nam và eo biển Bali cùng eo biển Madura ở phía đông.

Java gần như hoàn toàn có nguồn gốc núi lửa; đảo có 38 núi tạo thành một xương sống theo chiều đông-tây từng một thời hay vào các thời điểm khác nhau là núi lửa hoạt động. Núi lửa cao nhất tại Java và núi Semeru (3.676 m). Núi lửa hoạt động nhất tại Java cũng như tại Indonesia là núi Merapi (2,968 m).

Với việc có nhiều núi và cao nguyên, vùng nội địa của đảo bị phân chia thành một loạt các khu vực tương đối biệt lập phù hợp với canh tác lúa nước; các vùng đất trồng lúa tại Java nằm trong số những vùng đất tốt nhất thế giới.[5] Java là nơi đầu tiên tại Indonesia trồng cà phê, bắt đầu từ năm 1699. Hiện nay, Cà phê chè được trồng trên Cao nguyên Ijen.

Java có diện tích xấp xỉ 139.000 km².[6] với chiếu dài 650 mi (1.050 km) và chiều rộng 130 mi (210 km). Sông dài nhất trên đảo là sông Solo dài 600 km.[7] Sông bắt nguồn từ trung bộ Java tại núi Lawu, sau đó chảy về phía bắc và phía đông đến cửa sông gần thành phố Surabaya.Nhiệp độ trung bình năm tại Java là từ 22 °C đến 29 °C và độ ẩm trung bình là 75%. Đồng bằng ven biển phía bắc thường nóng hơn trung bình 34 °C vào mùa khô. Bờ biển phía nam thường mát mẻ hơn phía bắc, khu vực cao nguyên ở nội địa cũng mát hơn. Mùa mưa bắt đầu vào tháng 10 và kết thúc vào tháng 4, khi đó mưa chủ yếu là vào buổi chiều và không liên tục vào những khoảng thời gian khác trong năm, tháng ẩm ướt nhất là tháng 1 và tháng 2. Tây Java ẩm ướt hơn Đông Java, và các vùng núi nhận được lượng mưa lớn hơn. Cao nguyên Parahyangan ở Tây Java có lượng mưa lên tới 4.000 mm hàng năm, trong khi bờ biển phía bắc của Đông Java có lượng mưa 900 mm mỗi năm.