Кунашир - самый южный остров на Большой Курильской гряде. Его протяженность с северо-востока на юго-запад составляет 123 км, ширина от 9 км на перешейках до 30 км в северной части острова. Айнское название «Кунашири», что означает «Черный остров», было известно русским землепроходцам уже в первой четверти 18 века и связано с обилием темнохвойных лесов, темноцветной почвой и сумрачным обликом шлакового конуса вулкана Тятя (Гальцев-Безюк, 1992). На Кунашире преобладает горный рельеф. Равнинные участки имеют подчиненное распространение и расположены, преимущественно, в южной части острова. Тремя низкими перешейками остров разделяется на 4 разнородные части. Рельеф Шикотана холмистый. На остальных островах Малой Курильской гряды рельеф низменный, холмистый.
Северный (Тятинский) участок заповедника занимает предгорья и горы на севере о-ва Кунашир. Здесь располагаются вулканы Руруй (1485 м) и Тятя (1822 м). Последнее извержение вулкана Тятя, одного из четырех действующих вулканов острова, произошло в июле 1973 г. Извержение привело к образованию котловин взрыва, шлаковых конусов, выносу пеплового материала, покрывшего площадь более 20 тыс. кв. км и гибели леса на этой площади (Мархинин, Абдурахманов, 1990).
Южный (Алехинский) участок, расположенный в юго-восточной части о-ва Кунашир отличается от северного участка более спокойным рельефом.
Центральную часть участка занимает кальдера вулкана Головнина (541 м). На ее дне расположены два минерализованных озера - Горячее и Кипящее, самые глубокие на острове - более 30 м глубиной. Вокруг озера Кипящее много горячих ключей, грязевых котлов и фумарол. Само озеро занимает кратер взрыва, диаметр которого около 200 м.
Климат Курильской гряды влажный, морской с продолжительными ветрами. Это сырой климат без резких морозов зимой и сильной жары летом. Характерно большое количество атмосферных осадков, частые и продолжительные туманы, сильные ветры, метели. Южные Курилы характеризуются сравнительно мягкой зимой и малосолнечным вегетационным периодом.
Влияние Охотского моря и Тихого океана способствует различию метеорологических условий с охотоморской и тихоокеанской сторон побережья островов. Через пролив Лаперуза в Охотское море входит ветвь теплого Цусимского течения и, следует вдоль охотоморской стороны Кунашира под названием «течение Соя». С тихоокеанской стороны Курильских островов несет холодные воды Курильское течение.
Южные Курилы находятся на одной широте с курортными крымскими городами, однако климат этого района значительно суровее климата аналогичных по широте пунктов Европы. Среднемесячная температура самого холодного месяца года (февраль) составляет -5 град. C, самого теплого месяца (август) - +15,5 град. C. Отрицательные средние месячные температуры устанавливаются во второй декаде декабря и держатся до марта. Переход среднемесячной температуры воздуха через 0 град. C к положительным значениям происходит в конце марта - начале апреля. Начиная с апреля, средняя месячная температура положительная. Однако заморозки возможны до конца мая.
Среди необычных природных климатических явлений на Курильских островах летом и осенью отмечаются мощные тропические циклоны (тайфуны), сопровождающиеся обильными дождями (иногда за 2-3 дня выпадает двухмесячная норма осадков) и штормовыми ветрами (порывы до 38 м/с).
Район Южных Курил характеризуется большой годовой нормой осадков, в Южно-Курильске в среднем выпадает 1269 мм в год. Большая доля осадков выпадает в теплую половину года и меньшая - в холодную. Максимум осадков приходится на сентябрь, минимум - на февраль. Наступление реальных фенологических сезонов года по сравнению с календарными сроками сдвинуто на 15-30 дней. Почти на месяц позднее наступают весна и лето, на 15-20 дней запаздывают осень и зима.
Озера, расположенные на территории заповедника, по происхождению разделяются на лагунные (оз. Песчаное), кальдерные (оз. Горячее) и сольфатарные (оз. Кипящее). Лагунные озера намывного перешейка по площади являются самыми крупными (оз. Песчаное), но не глубокими водоемами. Озеро Горячее, относящееся к типу кальдерных, имеет глубину 62,3 м - самое глубокое озеро Курил. Вода в нем минерализована.
Многочисленны проявления минеральных, особенно термальных вод, разнообразных по температуре, химическому и газовому составу. В пределах заповедника и его охранных зон находятся источники Нескученские, Третьяковские. Столбовские, Алехинские и гидросольфатары вулкана Головнина.
На о-ве Кунашир формируется большое количество почвенных типов - это объясняется большим разнообразием экологических условий. Наиболее распространенными почвами на территории заповедника являются гумусово-аккумулятивные на аллювии пемз под темнохвойными лесами и буроземно-охристые под хвойно-широколиственными лесами; выделяются также почвы морских террас и низких побережий, торфянистые песчаные морских дюн, подзолистые песчаные на морских дюнах. Кроме дерновых и подзолистых все почвы Кунашира формируются на вулканогенных отложениях.