Сахалинская область, занимающая площадь 87,1 тыс. кв. км, является единственным регионом Российской Федерации, полностью расположенным на островах. В ее состав входят остров Сахалин с прилегающими островами, а также острова Курильской гряды.
От материка остров Сахалин отделен Татарским проливом Японского моря, проливом Невельского, Амурским лиманом и Сахалинским заливом. На юге отделен проливом Лаперуза от японского острова Хоккайдо. С востока омывается Охотским морем. Курильские острова простираются от южной оконечности Камчатки в юго-западном направлении до острова Хоккайдо и являются естественной границей между Охотским морем и Тихим океаном.
Рельеф Сахалина характеризуется средневысотными горами, холмами и заболоченными низменностями. На острове развита гидрологическая сеть, плотность которой самая высокая в России. Курильские острова представляют собой два параллельных подводных хребта вулканического происхождения, которые выше уровня океана выражены цепью островов Большой и Малой Курильских гряд.
Главной особенностью природных условий Сахалинской области является высокая сейсмическая и вулканическая активность. На Курильских островах насчитывается свыше 100 вулканов, из которых более 40 являются действующими.
Климат на Сахалине имеет муссонный характер, на Курильских островах - океанический. Основным климатообразующим фактором является соседство Японского и Охотского морей.
На острове Сахалин, для которого характерны такие почвообразующие процессы, как торфонакопление, избыточное сезонное увлажнение, интенсивное внутрипочвенное выветривание, образование подзолистых горизонтов, оглинивание, почвы на равнинах - торфяно-подзолисто-болотные суглинистые, средне- и слабоподзолистые супесчаные; в долинах - болотные и аллювиальные лугово-дерновые и лугово-глеевые; в горах - буротаежные неоподзоленные и слабооподзоленные; в Восточно-Сахалинских горах встречаются горные подзолистые. На Курильских островах, где процесс образования почв связан с вулканической деятельностью, почвы преимущественно дерновые, луговые и аллювиальные, под лесами - слабоподзолистые с большой примесью вулканического материала.
На территории Сахалинской области широко представлены экосистемы северной тайги с преобладанием обширных лесов, озер и водно-болотных угодий северных широт; средней и южной тайги с примесью хвойно-широколиственных лесов. Северная часть Сахалина занята лесотундрой и тундрой.
Растительные сообщества севера и юга острова Сахалин и Курильских островов резко отличаются. На севере преобладает растительность восточно-сибирского типа, центральная часть Сахалина занята растительностью южно-охотского типа, на юге в сложении растительного покрова усиливается роль японо-маньчжурских элементов (дуб монгольский и курчавый, бархат сахалинский, черемуха айнская, клены, тис остроконечный и др.).
Растительность северного Сахалина представлена заболоченной светлохвойной тайгой из лиственницы Каяндера, которая чередуется со сфагновыми болотами и зарослями кедрового стланика. На хорошо дренированных возвышенностях лиственничная тайга переходит в елово-пихтовую тайгу с преобладанием ели аянской и пихты сахалинской. Низкогорные хребты полуострова покрыты горной еловой тайгой. Наклонные равнины и террасы Тымь-Поронайского дола заняты лугами, травянисто-кустарниковыми болотами и редкостойной лиственничной тайгой. Склоны Восточного хребта покрыты елово-пихтовой и лиственнично-еловой тайгой из ели аянской, пихты сахалинской, лиственницы Каяндера, южнее - лиственницы тонкочешуйной, высокотравьем на гарях и в долинах рек; выше тайга сменяется редколесьями из каменной березы. Западный хребет покрыт еловыми и елово-пихтовыми лесами. На юго-западе острова произрастают хвойно-широколиственные леса с подлеском из курильского бамбука. В верхних частях гор, в предгольцовом поясе, произрастают леса из каменной березы с зарослями курильского бамбука, еще выше - заросли кедрового стланика. Редкое сочетание темнохвойных лесов с зарослями курильского бамбука типично только для юга Сахалина, Южных Курил и, кроме острова Хоккайдо, нигде в мире больше не встречается. В южной части острова развито высокотравье и проявляется гигантизм некоторых травянистых растений.
Основная доля лесопокрытой площади приходится на производные сообщества и трансформированные дериваты коренных экосистем. Небольшие участки коренных и ненарушенных лесов сохранились лишь в труднодоступных горных районах Сахалинской области.
В составе флоры Сахалинской области зарегистрировано свыше 1500 видов сосудистых растений. Во флоре Сахалинской области, как и во флоре Курильских островов, насчитывается по 1100 видов, из которых около 700 видов являются общими. Разнообразие их жизненных форм велико: деревья объединяют 44 вида (3,6%), лианы - 9 (0,7%), кустарники - 82 (6,7%), кустарнички - 54 (4,4%), полукустарники и полукустарнички - 4 (0,3%), многолетние травы - 961 (78%), однолетние и двулетние травы - 79 (6,4%) без учета заносных видов.
Значителен уровень эндемизма сосудистых растений: из 1500 видов острова Сахалин 36 видов (около 2,5%) являются эндемиками; из 1400 видов Курильских островов количество эндемиков составляет 15 видов (чуть более 1%). Один эндемик - миякея цельнолистная - является представителем монотипного рода. Характерными особенностями эндемичных растений Сахалинской области являются узкая локализация и малочисленность.
Для флоры Сахалинской области характерно большое количество растений-реликтов, представителей флоры доледникового периода: бархат сахалинский, орех Зибольда, тис остроконечный, скиммия ползучая, аралия сердцевидная, диморфант, магнолия обратнояйцевидная (произрастает в России только на острове Кунашир), курильский бамбук и др.
Островная фауна Сахалинской области значительно беднее по своему составу по сравнению с прилегающей территорией материка. В составе фауны Сахалина преобладают таежные охотско-камчатские и приморские виды, к ним примешиваются японские виды и некоторые эндемичные формы. Многие виды и подвиды являются эндемиками и субэндемиками островных территорий и имеют ограниченные ареалы и особую уязвимость из-за особенностей биологии и экологических связей.