เกาะแคโรไลน์ตั้งอยู่ใกล้ปลายทิศตะวันออกเฉียงใต้ของหมู่เกาะไลน์ ทอดข้ามเส้นศูนย์สูตรอยู่ทางใต้ห่างจากหมู่เกาะฮาวาย 1,500 กม. ในมหาสมุทรแปซิฟิกกลาง เป็นเกาะที่เกิดจากการทับถมของทรายและหินปูนบนแนวปะการัง เกาะมีรูปจันทร์เสี้ยวเล็กน้อย มีพื้นที่ 3.76 ตารางกิโลเมตร ประกอบด้วยเกาะเล็ก 39 เกาะล้อมรอบลากูนแคบ ๆ ขนาด 8.7 × 1.2 กิโลเมตร หรือมีพื้นที่ 6.3 ตารางกิโลเมตร อะทอลล์มีขนาดซึ่งนับรวมแผ่นดิน ลากูนและปะการังแนวราบมีขนาดทั้งสิ้น 13 × 2.5 กิโลเมตร หรือพื้นที่ 24 ตารางกิโลเมตร เกาะเล็กมีความสูงเพียง 6 เมตรจากระดับน้ำทะเล ตามวิถีของเส้นแบ่งเขตวันสากล เกาะแคโรไลน์เป็นจุดตะวันออกสุดบนโลก

เกาะแคโรไลน์ประกอบด้วยเกาะเล็กขนาดใหญ่ 3 เกาะ ประกอบด้วย เนกไอลิต พื้นที่ 1.04 ตารางกิโลเมตรอยู่ทางตอนเหนือ, ลองไอลิต พื้นที่ 0.76 ตารางกิโลเมตร ทางตะวันออกเฉียงเหนือของลากูน และเซาท์ไอลิต พื้นที่ 1.07 ตารางกิโลเมตรทางตอนใต้[3] ส่วนเกาะเล็กขนาดเล็กอื่นที่เหลือส่วนใหญ่ได้ชื่อระหว่างการสำรวจระบบนิเวศของแอนจิลาและแคเมอรอน เคปเลอร์ ใน พ.ศ. 2531 แบ่งเป็นกลุ่มเกาะหลักสี่กลุ่มคือ เซาท์เนกไอลิตส์, เซ็นทรัลลีเวิร์ดไอลิตส์, เซาเทิร์นลีเวิร์ดไอลิตส์ และวินด์เวิร์ดไอลิตส์ (ดูแผนที่ประกอบ) กลุ่มเกาะของแคโรไลน์มีอายุสั้นตลอดช่วงการสังเกตหนึ่งศตวรรษ มีบันทึกว่าเกาะเล็กสุดหลายเกาะปรากฏหรือหายไปทั้งหมดหลังพายุใหญ่ ส่วนรูปร่างของเกาะเล็กขนาดใหญ่ก็เปลี่ยนแปลงอย่างสำคัญ[3][4]

ลากูนศูนย์กลางมีขนาดประมาณ 6 × 0.5 กิโลเมตร เป็นลากูนตื้นลึกสุดประมาณ 5–7 เมตร มีแนวปะการังและกลุ่มปะการังบนพื้นทรายแคบ ๆ ข้ามไปมา ปะการังแนวราบปกติขยายไปประมาณ 500 เมตร จากฝั่ง แม้บางแหล่งรายงานว่าขยายไปกว่าหนึ่งกิโลเมตรจากฝั่ง ทำให้การจอดเรือมีอันตรายยกเว้นเมื่อน้ำขึ้น [3] ไม่มีที่ขึ้นฝั่งธรรมชาติ ที่ทอดสมอหรือช่องน้ำลึกเข้าสู่ลากูนศูนย์กลาง น้ำซึ่งล้นเข้าสู่ลากูนจากช่องตื้นเมื่อน้ำขึ้นขังอยู่ในปะการังโดยรอบและยังเสถียรอยู่แม้มีน้ำขึ้นลงมหาสมุทร ปกติขึ้นฝั่งส่วนมากที่รอยแยกเล็ก ๆ ในปะการัง ณ มุมตะวันออกเฉียงเหนือของเซาท์ไอลิต[4]

เกาะเล็กของเกาะแคโรไลน์จำนวนมากมีร่องน้ำตื้นคั่น ด้านหน้าเป็นหาดซากปะการังและไม้พุ่ม Tournefortia บนลองไอลิต ในพื้นหลัง ป่า Pisonia และแถวต้นปาล์มมะพร้าวที่มิใช่พื้นเมืองบนเนกไอลิต

ในบางส่วนของลากูนมีความหนาแน่นของหอยมือเสือยักษ์มากถึงสี่ตัวต่อตารางฟุต[2] ชนิดที่พบบ่อยสุด คือ หอยมือเสือแม็กซิมา (Tridacna maxima) และหอยมือเสือยักษ์ (Tridacna gigas)[2] นอกจากนี้ลากูนยังเป็นถิ่นอาศัยอนุบาลของปลาหลายชนิดรวมทั้งชนิดที่สำคัญและถูกจับอย่างหนัก เช่น ปลาฉลามครีบดำ (Carcharhinus melanopterus) ปลานโปเลียน (Cheilinus undulatus) ที่ใกล้สูญพันธุ์[5]

เกาะแคโรไลน์ (วงกลมสีแดงด้านล่างขวา) เป็นเกาะที่อยู่ทางตะวันออกสุดของประเทศคิริบาส

เกาะแคโรไลน์ไม่มีแหล่งน้ำจืดนิ่งแต่เนกไอลิตและเซาท์ไอลิตนั้นมีชั้นหินอุ้มน้ำใต้ดินอยู่ และมีการสร้างบ่อน้ำเพื่อเจาะเอาน้ำดื่มสำหรับนิคมชั่วคราว[6] ดินบนเกาะเลวพอ ๆ กัน ลักษณะเป็นกรวดปะการังและทรายเป็นหลัก โดยมีองค์ประกอบอินทรีย์ที่สำคัญอยู่เฉพาะศูนย์กลางของเกาะที่มีสภาพเป็นป่าเสถียรเท่านั้น การทับถมของปุ๋ยขี้นกทำให้บริเวณที่มีปุ๋ยนี้อุดมด้วยไนโตรเจน แต่แม้ในบริเวณที่มีอายุมากสุดและมีพืชพรรณมากที่สุดของเกาะ ดินก็ยังหนาไม่กี่เซนติเมตร[4]

เกาะแคโรไลน์มีลักษณะอากาศแบบทะเลเขตร้อน ซึ่งมีลักษณะร้อนชื้นตลอดปี บันทึกทางอุตุนิยมวิทยามีน้อย แต่ปกติอุณหภูมิอยู่ระหว่าง 28 ถึง 32 องศาเซลเซียส ตลอดปี[7] อยู่ในบริเวณที่มีหยาดน้ำฟ้าผกผันมาก แต่ประมาณว่ามีปริมาณฝนเฉลี่ย 1,500 มม. ต่อปี น้ำขึ้นลงอยู่ในลำดับที่ 0.5 เมตร และลมค้าซึ่งปกติพัดมาจากทิศตะวันออกเฉียงเหนือ หมายความว่า มุมเกาะมีคลื่นลมแรงสุด[4]

เกาะแห่งนี้เป็นหนึ่งในเกาะที่ห่างไกลที่สุดแห่งหนึ่งบนโลก[8] อยู่ห่างจากเกาะฟลินต์ (Flint Island) เกาะใกล้สุด 230 กม. อยู่ห่างจากนิคมถาวรใกล้สุดบนคิริสมาสประมาณ 1,500 กิโลเมตร อยู่ห่างจากกรุงตาราวา เมืองหลวงของประเทศคิริบาส ประมาณ 4,200 กิโลเมตร และอยู่ห่างจากชายฝั่งทวีปอเมริกาเหนือ ทวีปใกล้สุด ประมาณ 5,100 กิโลเมตร