Το νησί διασχίζεται από την οροσειρά του Αθέρα, του οποίου η υψηλότερη κορυφή είναι 1.040 μέτρα. Τα χωριά της βρίσκονται εγκατεστημένα στις κοιλάδες κοντά στην ακτή, ενώ κάποια βρίσκονται στα βουνά. Στα ανατολικά, μερικά μίλια πιο πέρα από την πρωτεύουσα του νησιού, τον Άγιο Κήρυκο φαίνονται οι Φούρνοι , σύμπλεγμα μικρών νησιών, που ήταν γνωστά στην κλασική περίοδο με το όνομα Κορσιαί.
Σε απόσταση 12 μιλίων βορειοανατολικά της Ικαρίας βρίσκεται το όρος Κέρκης της Σάμου, ενώ στα νότια διακρίνεται το μικρό νησί της Πάτμου.
Γεωλογικά η Ικαρία είναι τμήμα του κρυσταλλικού όγκου που ξεκινά από την Μικρά Ασία, περνάει από την Σάμο και εκτείνεται προς τις Κυκλάδες.