Obejmuje dwie większe wyspy – Wyspę Świętego Tomasza (845 km²) i Wyspę Książęcą (134 km²) oraz małe skaliste wyspy przybrzeżne (wyspy podane za Komisją Standaryzacji Nazw Geograficznych): Ilhéu das Rôlas – na południe od Wyspy Świętego Tomasza, pow. 3 km² (dł. 2700 m, szer. 2200 m, wys. 81 m n.p.m.), 200 mieszkańców, Pedras Tinhosas: Tinhosa Grande – pow. 0,2 km², niezamieszkana, Tinhosa Pequena – pow. 0,03 km², niezamieszkana, Ilhéu das Cabras – dł. 1050 m, szer. 250 m, wys. 53 m n.p.m., niezamieszkana, Ilhéu Bombom – dł. 650 m, szer. 330 m, wys. 55 m n.p.m., zamieszkana, Ilhéu Caroço – niezamieszkana
Wyspy Świętego Tomasza i Książęca poprzez wody terytorialne graniczą z Gabonem i Gwineą Równikową.
Budowa geologiczna i rzeźba Wyspy są pochodzenia wulkanicznego, brak jednak na nich czynnych wulkanów. Wyspy powstały w okresie od połowy do późnego trzeciorzędu, wzdłuż liniowej strefy ryftowej ciągnącej się z Kamerunu w głąb Atlantyku w kierunku południowo-zachodnim.
Wnętrza wysp zajmują masywy wulkaniczne – ich krajobraz jest górzysty;