棉花嶼是東南高、西北低的地勢，北部屬於台地地形，是一座由灰黑色橄欖石、古輝銅石和玄武岩所組成的火山島，東西長度約為530公尺，南北則為800公尺，海拔最高是61公尺，周長為2200公尺。棉花嶼全島皆被火山熔岩給覆蓋，堅硬多孔的岩脈因具有較強的抗風化與抗侵蝕性質，經年累月下形成了岩骨，和岸邊的海蝕洞成為此島嶼的特殊地質景觀。棉花嶼幾乎都是平直的斷崖，只有西岸西北角的一個小灣允許登陸，但又因島嶼與岩礁之間距離太短，且風勢太強大，船隻停泊有相當高的難度。棉花嶼的東側還有一座高25公尺岩礁佇立在海面上，稱為「屏風岩」。