從空中俯視，位置最北的東沙群島是由東沙島、東沙礁及南衛灘和北衛灘四個島、礁、灘組成，是南海諸島中離大陸最近、島礁最少的一群。它位於北緯20°33′至21°10′，東經115°54′至116°57′之間，在海南島東北，和汕頭、香港呈三角形，居台灣島、海南島及菲律賓呂宋島的中間位置。
東沙群島分別距廣東省汕頭市正南約160公裏，距香港170公裏、台灣高雄２４０公裏、海南島３４０公裏，而距南沙群島約1185公裏。
東沙島古稱“南澳氣”。位於北緯20°42′，東經116°43′。因在珠江口外的萬山群島以東，又名“大東沙”，是東沙群島唯一露出水麵的島嶼。
東沙島發育在東沙環礁的西部礁盤上。東沙環礁的基礎不深，是在水深２００至４００米大陸坡的海底階地上發育起來的。環礁東麵海底比西麵海底深２００米。東沙島東西長約２８００米，南北寬約７００米。東北部稍高，西南部稍低，中部低窪，平均高度約６米。島的西部原有兩條沙堤伸出，包圍著一個小海灣，使島呈新月狀，我國漁民稱之為“月牙島”或“月塘島”。小海灣被填平後，全島麵積增至１８０平方公裏。鄰近東沙島的東北角和西南角，各有一群小沙丘，尤以東北為多。
小沙丘之間是一片淺灘。島西北有一小沙洲，低潮時露出水麵。島西麵１０多公裏處，有一個暗沙，水深２２米。島西麵7公裏處也有一小灘，水深９米。由於東沙島四周均有暗礁，霧天時近島2公裏仍不見島形，船隻停泊要特別小心。島南北方各有水道，南水道較北水道寬且深，障礙少。東沙島上植物叢生，野草遍布，間有仙人掌、野菠蘿等，其中以麻瘋桐生長最為茂盛，島東南有椰子樹。由於東沙島上全由珊瑚和貝殼碎屑風化而成的白砂所覆蓋，遠遠望去一片亮麗的白色閃光，加上全島遍布短小的熱帶灌木林，在白色和翠綠色兩相襯托下，使人覺得心情異常清爽。
東沙島是北球著名的“海人草”產地，不僅質量好，產量亦多。主要分布在島的西邊和西南邊８至９米的礁盤上，但水深難采。而在島的東西和東北麵水深２米的礁盤上生長亦不少，也比較容易采集。
東少島的東側有一暗礁叫東沙礁，與東沙島同在一個礁盤上。東沙礁是一半圓形環礁，直徑約１１至１２海裏，環礁長４６公裏，寬２公裏。環礁西北部堆積了很多大小不一的低矮珊瑚屑沙丘，長約２公裏，其上長著草叢和灌木。環礁中間是礁湖，水深０６至１６４米不等，中央部分較深。礁湖內有很多珊瑚小丘淺灘，風浪比較平靜。低潮時，環礁東、南和北部礁盤完全露出水麵。
在東沙島西北約84公裏處，就是南衛灘和北衛灘，也是隱沒在水下的珊瑚礁灘。兩灘相距9公裏，排列呈北東向。北衛灘在東北，比南衛灘稍大，２００米等深線呈橢圓形，長20公裏，深達１８５米，最淺處水深６４米。南衛灘稍小，２００米等深線也呈小橢圓形，直徑約10至１8公裏，最淺處５８米。兩灘間有３３４米深的海溝。兩灘上棲息著為數眾多的魚蝦。南衛灘和北衛灘均不妨礙航行，隻是退潮時浪花較大。北衛灘北方約１8公裏處有一北東向淺灘，水深１０.８至３４米。
東沙島地處南海北部的中間位置，北扼台灣海峽，東控巴士海峽，西扼南海航道，故軍事價值非常重要。島上目前有飛機場、碼頭、大型發電廠、水庫、氣象台等大型設施。東沙機場最早是在二次世界大戰斯間日軍占領該島時所建，抗日戰爭勝利後，國民黨軍隊接收沿用，１９６５年重建。後因風化導致龜裂，台灣當局又於１９８６年撥款再建。機場內有無線電導航設備、塔台、候機室，可供數架運輸機起降。台灣的軍用運輸機定期由台灣飛往東沙執行運輸任務，還進行郵件的傳遞等。從台北的鬆山軍用機場起飛，２５分鍾後可到達澎湖列島上空，再往西南飛到東沙，全程需要一個半小時，在海上航船一般需要２０個小時，才能由高雄到達東沙。
東沙島西南側有一座碼頭，目前可同時停靠小型登陸艦艇三艘。島上有兩座發電廠，使用四部西德製造的發電機，可以２４小時供電。另外，島上有大型水庫３座及小型水庫多座，滿水後可供全島人員飲用兩年。東沙島上還準備再建一座１０萬加倫的水庫。島上有一座氣象台，每天向附近地區提供兩次高空氣象資料。
東沙島由於地質關係，風化後的珊瑚形成了白色的細沙，東沙人把這些細沙做成一幅幅“沙畫”。沙畫是東沙島獨一無二的特產，島上人將白沙加工後，染成各種顏色，拚成各種圖案，然後用膠固定，很有特色。
有人說，到了東沙島未到海神廟，就不算到過東沙島，因為它是島上僅有的旅遊勝地。海神廟內供奉著關公，據說這尊神像是１９４８年有位大陸漁民乘獨木舟搶灘運上來的，這條獨木舟目前仍停放在廟旁，因而成為島上流傳的一段佳話。