Nationalparken Gotska Sandön är med sitt läge 38 kilometer norr om Fårö Östersjöns ensligaste plats. Ön är 36 kvadratkilometer stor, nio kilometer lång och ligger på krönet av en 12 mil lång och bitvis 70-90 meter hög undervattens-rygg av morän, grus och sand som sträcker sig från Klints bank öster om Gotland via Salvorev nordost om Fårö ända upp till Kopparstenarna, 20 kilometer nordväst om Sandön.

Ryggen avsattes i havet vid inlandsisens avsmältning för omkring 11 000 år sedan, då vattennivån var cirka 50 meter högre än idag. Landhöjningen och den etappvisa sänkningen av Östersjöbäckenets vattenyta ledde till att Gotska Sandöns högsta punkt stack upp över havsytan för 5000-6000 år sedan.

Sanden täcker hela Gotska Sandön, med undantag av klapperstränder främst i sydväst och morän som går i dagen vid Höga land i söder.

På håll kan Sandön ge ett platt intryck, men i själva verket är delar av ön mycket kuperade. Vinden har inåt land byggt upp mäktiga sanddyner, som sedan har stabiliserats av vegetationen. Öns högsta punkt, krönet av sanddynen Höga åsen, ligger 42 meter över havet.

Längs hela kusten löper en bård av 10-15 meter höga och 100-300 meter breda randdyner, och närmast havet finns de vandrande vita dynerna som förflyttar sig upp till sex meter per år.

Längs Sandöns västra och nordöstra strand, mellan skogen och de vita dynerna, ligger den så kallade burgen, som utgörs av flacka, delvis trädklädda ytor med ett stort inslag av sten som genom vinderosion har anrikats vid markytan.