D'une superficie totale de 997 km2, elles sont parmi les archipels les plus étendus de la Polynésie française.
Elles se situent entre 600 et 1 000 km de l'équateur à environ 1 600 km de Tahiti. Elles sont réparties en deux groupes d'îles distincts :
Toutes les îles des Marquises sont d’origine volcanique à l’exception de Motu One. Elles ont un relief escarpé et ne sont pas protégées par un récif de corail (sauf Fatu Hiva et quelques vallées comme Anaho à Nuku-Hiva). Les sommets peuvent atteindre les 1 100 mètres d’altitude. Les falaises plongent dans la mer jusque dans les fonds marins et sont constamment érodées par les courants du Pacifique-Sud. Les côtes ont l’aspect d’une muraille coupée de profondes crevasses et de quelques plages. Quelques vallées profondes et isolées barrent les chaînes de montagnes.
Les paysages volcaniques sont à l’origine de nombreux noms de lieux: Hiva Oa, La Grande Crête ; Nuku Hiva, La Crête des Falaises ; Fatu Hiva, Les Neuf Roches ou la Neuvième Ile ; Fatu Huku, Morceau de Pierre ; Ua Pou, Les Deux Piliers sans oublier la surprenante « Baie des Verges » que les missionnaires changèrent en « Baie des Vierges ».
La pluviosité est très variable d’une île à l’autre et d’une année sur l’autre. La température est modérée par les alizés. Les côtes sur le vent sont beaucoup plus arrosées que les côtes sous le vent, plus sèches et plus inhospitalières.
La grande distance qui sépare les îles du continent est à l’origine des principales caractéristiques de l’écosystème. Celui-ci a souffert des activités humaines et de l’introduction d’espèces étrangères. La faune marine est riche, la faune terrestre est nettement plus pauvre : oiseaux, insectes (papillons, araignées, mille-pattes). L’homme a également introduit des chiens, des chevaux, des chèvres, des ovins ainsi que les rats, les moustiques et les scorpions. La flore est variée et originale. On cultive l’arbre à pain, le cocotier, le tabac, la vanille et même le coton.