Santorin était située en mer Méditerranée orientale, dans le Sud de la mer Égée, entre la Crète au sud et le reste des Cyclades, auxquelles elle appartient d'un point de vue géographique, au nord.
Jusqu'au début des années 1980, on pensait que l'île était de forme circulaire, avec un cône central ou un système de plusieurs boucliers volcaniques. Actuellement il est admis que la conformation de cette île était en partie semblable à celle des iles actuelles : un anneau insulaire entourant une caldera, comportant une ile volcanique centrale.