Le Cap Corse s'étend au nord d'une ligne Bastia-Saint Florent, sur près de 40 km de long dans le sens nord-sud, et 10 à 15 km de large.

Une chaîne montagneuse, la Serra, s'étend tout le long du Cap, de la Serra di Pignu (altitude 960 mètres), au sud, jusqu'au Monte di u Castellu (alt. 540 m.), au nord. La Cima Di Follici, haute de 1322 mètres, en est le point culminant, mais le Cap ne compte pas moins de huit autres sommets dépassant les 1000 mètres d'altitude, dont le Monte Stellu.

Le littoral capcorsin, déchiqueté et accidenté, comprend peu de plages, et uniquement au fond de ses anses. Le relief descend le plus souvent de façon abrupte dans la mer, et la route D88 qui fait le tour du Cap, sur 110 km, de Bastia à Saint Florent, offre un panorama de corniche. Un tiers des tours génoises, destinées à protéger la Corse d'attaques navales, a été construit autour du Cap.

Le Cap Corse a un climat de type Csa (climat méditerranéen) avec comme record de chaleur 39,5 °C le 26/7/1983 et comme record de froid -5 °C le 11/2/1956.