È situata a nord dell'Australia, separata da essa dal Mare degli Arafura e dal Mar dei Coralli e dallo stretto di Torres (profondo poche decine di metri e cosparso da isolette granitiche). Con l'Australia, costituiva l'antico continente di Sahul, completamente riunito all'epoca glaciale.

Presenta un nucleo centrale che nel suo punto più largo raggiunge una larghezza massima di 700 km. Questo nucleo si allunga a nord-ovest nelle penisole del Jazirah Doberai (Vogelkop) e del Jazirah Bomberai, mentre nel sud-est si assottiglia in una lunga penisola tra il golfo di Papua (a sud) e quello di Huon (a nord). Le coste sono profondamente incise da numerose insenature.

L'isola è percorsa da nord-ovest a sud-est dalla catena dei monti Maoke, che conta picchi oltre i 5.000 m (Puncak Jaya 5.020 m) e si prolunga verso sud-est nel massiccio isolato degli Owen Stanley (4.073 m). Un altro massiccio imponente, quello dei monti Saruwaged, occupa la penisola che delimita a nord il Golfo di Huon.

Nel settore settentrionale dell'isola, ampie vallate raccolgono le acque montane in fiumi imponenti (Mamberamo, Sepik, Ramu), Markham. Nel settore meridionale, invece la pianura alluvionale è percorsa da numerosi corsi d'acqua (Digul, Fly, Purari), Kikori che rappresentano le uniche vie di penetrazione verso l'interno.

Da un punto di vista politico, la parte occidentale costituisce la gran parte dell'Irian Jaya (Indonesia); la parte orientale è compresa nella Papua Nuova Guinea.