Samos is na Lesbos en Chios het grootste van de Noord Egeïsche eilanden. Samos ligt in het oosten van de Egeïsche Zee, vlak voor de kust van Klein-Azië tien mijl ten oosten van Ikaria en in het westen wordt het van Klein Azië gescheiden door een smalle zeestraat van 1000 tot 1200 meter breed. Patmos ligt drie uren varen in zuidelijke richting. Samos heeft, tezamen met de kleine eilandjes eromheen, een oppervlakte van 475 km². De grootste lengte (oost - west) is 49 km en de grootste breedte (noord - zuid) 20 km; de lengte van de gehele kustlijn rond het eiland is 140 km. Vathy (of Samos stad) is de hoofdstad van het eiland. Het is een havenstad in het noordoosten van het eiland.
Het eiland heeft hoge bergen, zoals de Kerketefs berg in het westen die met 1.437 meter een van de hoogste bergen van de Egeïsche Zee is, en de Ampelos berg in het midden van het eiland die 1.150 meter hoog is.
Vooral het westelijke deel is dichtbebost, met diepe ravijnen en kloven. Het oostelijke en zuidelijke deel zijn kaler, maar kennen ook groene vlakten met wijn-, citrus- en olijfboomgaarden. De westkust is grillig, met rotsen tot in zee.