La Palma ist die nordwestlichste Insel des Kanarischen Archipels und liegt im Atlantischen Ozean ungefähr 450 km vor der nordwestafrikanischen Küste auf 28° 40' nördlicher Breite und 17° 52' westlicher Länge.
Auf einer Fläche von 723 km2 beträgt die größte Entfernung von Nord nach Süd knapp 50 km und von West nach Ost 28 km. Der Umriss der Insel ähnelt der Form eines Herzens, weshalb ihr auch der Name "Herzinsel" gegeben wurde.
Die Oberfläche La Palmas wird im Norden von dem gewaltigen Erosionskrater, der Caldera de Taburiente bestimmt, umgeben von einem über 2400 m hohen Bergmassiv. Nach Süden hin geht das Gebirge in einen schmalen Kamm über mit mehr als 130 Vulkankegeln und Kratern.
La Palma ist eine steile Insel. Im Vergleich zu ihrer Fläche gibt es hier die größten Höhenunterschiede der Erde.
Bedingt durch den Kanarenstrom und die Passatwinde hat La Palma ein subtropisch gemäßigtes Klima. Mit Ausnahme der Berggipfel sind die Temperaturunterschiede im Jahresverlauf relativ gering. Gelegentlich erreicht der Wüstenwind der Sahara die Insel und bringt für kurze Zeit hochsommerliche Temperaturen.
La Palma ist die einzige Insel der Kanaren, auf der ganzjährig kleine Flüsse oder Bäche fließen. Der stetig wehende Nordostpassat führt über das Meer Feuchtigkeit heran, die sich aufgrund des von Nord nach Süd verlaufenden Gebirgsmassivs vorwiegend an den Berghängen des Nordosten und Osten niederschlägt. Daher ist das Klima im Westen und Süden der Insel meist sonniger und trockener. Durch ihre exponierte Lage und geographische Struktur besitzt La Palma die reinste Luft der nördlichen Hemisphäre.