Đảo Tri Tôn là một cồn cát hình thành trên một rạn mặt bàn, có dáng hơi tròn, ở giữa lõm xuống và thường đọng 0,5 m nước.[5] Chiều dài tính từ bắc xuống nam là 1.850 m, chiều rộng khoảng 800 m,[1] độ cao bình quân chỉ 2 m.[5] Khi thủy triều xuống, diện tích đảo có thể đạt đến 1,5 km² (xếp thứ ba về diện tích ở Hoàng Sa sau đảo Phú Lâm và đảo Linh Côn[1]), song khi thủy triều lên thì thu hẹp chỉ còn 0,85 km². Xung quanh đảo là dải san hô khá rộng, từ 500 đến 1.000 m. Đảo thường bị ngập - đặc biệt là khi bão đi qua - nên cây cối khó phát triển. Vốn dĩ đảo Tri Tôn khô cằn, không có cây cỏ,[7] song Trung Quốc đã chở đất và mang các thực vật như dừa, thông đuôi ngựa, bàng và phi lao ra trồng. Môi trường thay đổi đã thu hút thêm chim biển đến đảo.[1]