Το κλίμα της Αλοννήσου είναι μεσογειακό, με βροχερό χειμώνα και ξηρό καλοκαίρι. Μέση θερμοκρασία του νησιού είναι οι 17°C. Κύριο χαρακτηριστικό του νησιού είναι τα ασβεστολιθικά πετρώματα, οι ψηλοί βράχοι που καταλήγουν στη θάλασσα και οι σπηλιές, ενδιαίτημα της μεσογειακής φώκιας Monachus monachus. Αξιοσημείωτο μάλιστα, είναι το γεγονός ότι τα 2/3 περίπου του παγκόσμιου πληθυσμού της μεσογειακής φώκιας βρίσκεται στην Ελλάδα. Το νησί, όπως επίσης και το υπόλοιπο σύμπλεγμα των Σποράδων, διαθέτει αξιοσημείωτη χλωρίδα και πανίδα. Μεταξύ άλλων, η χλωρίδα της Αλοννήσου αποτελείται από πεύκα, αγριελιές, σφενδάμι, θαμνοκυπάρισσό, θάμνους όπως η κουμαριά, το σχίνο, το πουρνάρι, το φιλλύκι, το ρείκι. Επίσης, διαθέτει ενδημικά φυτά όπως Campanula reiseri και rechingeri, Linum gyaricum και Areanaria phitosiana. Ξεχωρίζουν, ακόμη, οι ορχιδέες της Αλοννήσου, παρόλο που είναι περιορισμένη η ποικιλία τους σε σχέση με τις υπόλοιπες Σποράδες. Γενικότερα, η χλωρίδα του νησιού είναι μικρότερη συγκριτικά με αυτές των άλλων Σποράδων, ίσως γιατί δεν πραγματοποιήθηκε μέχρι σήμερα μεγάλη επιστημονική έρευνα εκεί. Η πανίδα της Αλοννήσου είναι πλούσια, αποτελούμενη από περίπου 300 είδη ψαριών, 80 είδη πτηνών, ερπετά και θηλαστικά. Σπάνια είδη που συναντώνται στην περιοχή είναι η μεσογειακή φώκια, το κόκκινο κοράλι, ο μαυροπετρίτης, ο αιγαιόγλαρος, ο θαλασσοκόρακας και το αγριοκάτσικο των Γιούρων. Στην περιοχή εντοπίζονται επίσης πτηνά όπως ο σπιζαετός, o κορμοράνος, ο ασημόγλαρος, και οι σταχτάρες. Πλούσια είναι επίσης η υποβρύχια πανίδα, καθώς αρκετά είδη δελφινιών και φαλαινών απαντώνται στο νησί.