Milos est située à l'extrême sud-ouest de l'archipel des Cyclades, à 120 km de la côte de Laconie. D'ouest en est, elle mesure 23 km, contre 12 km du nord au sud, pour une superficie globale de 151 km2. La plus grande partie de l'île est couverte de collines dont la plus haute, le mont Profitis Ilias, culmine à 774 mètres.
À l'instar de Santorin, c'est une île d'origine volcanique, comme en atteste son exploitation minière (soufre, maganese, bentonite etc.)
Le port principal est Adámas, la capitale Pláka.
Milos fait partie des îles des Cyclades qui ne sont plus autosuffisantes en eau. Elle reçoit de l'eau tous les ans (et surtout l'été à cause de la saison touristique) depuis le port du Laurion en Attique, pour un coût moyen de 8,30 € le mètre-cube.
