Il territorio comunale, che interessa l'isola del Giglio propriamente detta (la quale ha una superficie di 21,2 km²), è quasi completamente collinare e la cima più alta, il Poggio della Pagana, raggiunge i 496 m s.l.m. nella parte interna centrale dell'isola. La composizione geologica è prevalentemente granodioritica. Il perimetro costiero è di 27 km ed è in larga parte roccioso, tranne che in alcuni punti, dove si aprono la spiaggia del Campese e altre spiagge minori situate sul versante orientale dell'isola (Arenella, Cannelle e Caldane).

L'Isola del Giglio è caratterizzata dal tipico clima mediterraneo, con una lunga stagione estiva moderatamente calda ma molto siccitosa, e da una breve stagione invernale caratterizzata da clima più umido e con alcune precipitazioni. Dal punto di vista termometrico, sono molto rari gli eccessi, sia nelle massime estive sia nelle minime invernali, grazie all'azione mitigante del mare. Tuttavia, nelle aree collinari dell'entroterra insulare, l'altitudine può localmente attenuare anche sensibilmente alcune caratteristiche del clima mediterraneo.

I 2084 gradi giorno registrati a oltre 400 metri s.l.m. nella frazione di Giglio Castello, ubicata su un poggio nella parte più interna dell'isola, includerebbero l'intero territorio comunale in zona D, fascia climatica che accomuna gran parte dei comuni di aree pre-appenniniche continentali, che però sono caratterizzati da inverni estremamente più rigidi rispetto a quelli gigliesi.

In base ai dati medi disponibili per il trentennio 1951-1980 per l'unica stazione meteorologica situata sull'isola e di seguito riportati nella tabella, la temperatura media annua si aggira sui 15,1 °C ai 160 m s.l.m. del promontorio di Giglio Franco sulla costa occidentale, mentre le precipitazioni medie annue sono molto contenute, facendo segnare nella medesima località appena 402 mm.

L'isola fu abitata fin dall'Età del ferro. Più tardi fu probabilmente una base militare etrusca ed anche sotto la dominazione romana fu una base di una discreta importanza nel Mar Tirreno. L'isola è citata da Giulio Cesare nel De bello civili e dal poeta Claudio Rutilio Namaziano.

A margine dell'abitato di Giglio Porto, leggermente al di sotto del livello del mare, si trovano i resti della villa romana dei Domizi Enobarbi: si tratta di una vasta area che comprende una vasca a mare usata per la piscicultura, delle mura perimetrali e dei criptoportici, resti di opus sectile, mosaici, affreschi, una terrazza stellata di pertinenza, strutture lungo mare con serie di arcate e una lunga terrazza pensile; l'intera area è denominata I Castellari.

Nel Medioevo l'isola passò sotto il dominio della famiglia Aldobrandeschi e successivamente al comune di Perugia. Nel 1241 al largo dell'isola la flotta pisana sconfisse quella genovese.

Il Giglio entrò nei domini di Pisa dal 1264 al 1406 e successivamente passò ai Medici di Firenze.

Nel 1544 il pirata turco Khayr al-Din Barbarossa saccheggiò l'isola, uccise chiunque si opponeva e deportò come schiavi più di settecento abitanti gigliesi. In seguito a questa sanguinosa aggressione, il governo dei Medici ripopolò l'isola con persone provenienti dalle terre senesi. Le incursioni turche continuarono fino al 1799.

• La SP 15 collega Giglio Porto a Giglio Castello.
• La SP 57 collega Giglio Campese a una rotatoria con innesto sulla SP 15 vicino a Giglio Castello.

L'42.3595310.921011 infrastruttura portuale principale dell'isola è quella di Giglio Porto. Partenze dei traghetti da Porto Santo Stefano. Vi operano le compagnie di navigazione Maregiglio e Toremar. Nei mesi estivi l'accesso all'isola con veicoli è condizionato al pagamento di una piccola quota.

I trasporti urbani dell'isola vengono svolti con autoservizi di linea gestiti da Autolinee Toscane.

Ansonaco (chiamato Ansonica altrove in Italia) e Sangiovese sono le varietà locali di vino che sono assolutamente da provare.