Geologicznie Oahu powstało z dwóch oddzielnych wulkanów tarczowych: Waianae i Koolau, a szeroka dolina między nimi tworzy żyzną centralną równinę. Najwyższym punktem wyspy jest góra Kaala w paśmie Waianae, wznosząca się na wysokość 1220 metrów nad poziomem morza. Wyspa ma linię brzegową o długości około 180 kilometrów i graniczy z Kanałem Kaiwi od wschodu, Kanałem Kauai od zachodu oraz Oceanem Spokojnym od północy i południa.
Klimat Na Oahu panuje klimat tropikalny, z niewielkimi wahaniami temperatury w ciągu roku. Średnie temperatury w ciągu dnia wahają się od 21°C do 29°C (70°F do 85°F), a średnia temperatura oceanu wynosi od 23°C do 27°C (74°F do 80°F). Na wyspie występują dwie główne pory roku: pora sucha od kwietnia do października oraz pora deszczowa od listopada do marca. Ze względu na położenie na terenie górskim opady deszczu są bardzo zróżnicowane na całej wyspie – po stronie nawietrznej (północno-wschodniej) odnotowuje się znacznie więcej opadów niż po stronie zawietrznej (południowo-zachodniej).