Η χερσονησίδα του Άθω, συνολικής επιφάνειας 336 τετρ. χλμ., εκτείνεται σε βάθος 40 χλμ. Στο Αιγαίο πέλαγος και έχει πλάτος 7 έως 10 χλμ. Είναι η ανατολικότερη των δύο άλλων χερσονήσων της Χαλκιδικής, της Κασσάνδρας και της Σιθωνίας, ενώ το μήκος των ακτών της φτάνει τα 112 χλμ. Η οροσειρά Μεγάλη Βίγλα που βρίσκεται περίπου 3 χλμ. νοτιοανατολικά της Ουρανούπολης, αποτελεί το διαχωριστικό όριο της χερσονησίδας με την υπόλοιπη Χαλκιδική. Στο κέντρο της περιοχής υψώνεται ορθόπαγος το όρος Άθως, η κορυφή του οποίου φτάνει τα 2.033 μέτρα. Η προς νότο κλίση του Άθω μειώνεται αισθητά και σχηματίζει το βουνό Καρμήλιο. Λόγω του ορεινού χαρακτήρα του τοπίου λείπουν εντελώς οι ποταμοί. Ωστόσο, στις δύο πλευρές του ορεινού όγκου υπάρχουν αρκετοί μικροί χείμαρροι από τους οποίους άλλοι είναι συνήθως ξεροί και πλημμυρίζουν από ορμητικά ύδατα του χειμώνα, ενώ άλλοι έχουν άφθονα νερά όλη τη διάρκεια του έτους. Το κλίμα της περιοχής ποικίλει ανάλογα προς τον ορίζοντα, τους ομβροφόρους ανέμους και το ύψος από τη θάλασσα. Κυμαίνεται από θερμό (Νέα Σκήτη, σκήτη Αγίας Άννας, σκήτη Ξενοφώντος) μέχρι ψυχρό (μονή Αγίου Παύλου), από ξηρό (μονές Παντοκράτορος και Σταυρονικήτα, οικισμός Καψάλας) μέχρι υγρό (μονές Φιλοθέου και Κωνσταμονίτου) και τέλος από ομιχλώδες (μονή Χελανδαρίου, πολίχνη Καρυών) μέχρι μεγάλης ηλιοφάνειας (μονές Ιβήρων, Δοχειαρίου και Παντελεήμονος). Από πολύ νωρίς η χερσονησίδα του Άθω είχε καταστεί κέντρο του μοναχικού βίου στην Ανατολική Εκκλησία, με αποτέλεσμα να κληθεί Άγιο Όρος.