에게해 남쪽, 그리스 본토로부터 남동쪽으로 200km 정도 떨어진 거리에 위치하고 있다. 키클라데스 제도의 최남단에 위치하며 섬의 면적은 76km², 해안의 길이는 69km이다.

암석을 잘라 만드는 건축구조가 여전히 유지되는 몇 안 되는 장소 중 하나이고, 1980년대부터 전 세계에서 결혼식이나 신혼여행 장소로 유명해져서 연간 500여 회의 결혼식이 열리는 것으로 추산된다.

산토리니는 지중해성기후의 특징을 가지고 있는 반건조기후를 가지고 있으며 여름에는 강한 바람을 동반하기도 한다. 건조기후인 만큼 물이 풍부하지는 않다.