Đảo Song Tử Tây có hình bầu dục chạy theo hướng Đông Bắc - Tây Nam, với chiều dài 698m và chiều rộng 295m. Diện tích tự nhiên là 12 hecta, là đảo lớn thứ sáu trong số các đảo tại quần đảo Trường Sa, và là đảo lớn thứ hai do Việt Nam quản lý, sau đảo Trường Sa. Theo Trung tâm nghiên cứu Quốc tế và Chiến lược (CSIS, Hoa Kỳ) thì Việt Nam đã bồi đắp thêm khoảng 3 hecta cho đảo Song Tử Tây[1]. Theo hình ảnh vệ tinh LandsatLook (2020), diện tích đất nổi của đảo sau khi bồi đắp vào khoảng 18 ha (0.18 km2).

Khi thủy triều xuống thấp nhất, đảo cao từ 3,2-4m, xung quanh là thềm san hô bao bọc. Vành đá san hô bao quanh đảo nổi một phần khi thủy triều lên. Đây đã từng là nơi đẻ trứng của chim và được phủ bởi cây và phân chim.