Три острова Кайман: Большой Кайман, Кайман-Брак и Малый Кайман расположены в 240 км к югу от острова Куба, в 730 км к югу от Майами (штат Флорида, США) и в 267 км к северо-западу от Ямайки. Столица Островов Кайман, Джорджтаун, расположена на западном побережье острова Большой Кайман.

Самый большой остров в составе островов Кайман — Большой Кайман, площадь которого составляет 197 км², а длина — 35 км при ширине в 6,5 км. Высшая точка острова — 16 м. Значительную часть острова занимает лагуна Норт-Саунд (56 км²).

Остров Кайман-Брак лежит в 142 км к северо-востоку от Большого Каймана. Длина — 19 км при средней ширине в 2 км, площадь — около 38 км². Вдоль всего острова тянется известняковое плато Блафф, достигающее у восточной оконечности Кайман-Брака высоты в 42 метра над уровнем моря (высшая точка островов).

Остров Малый Кайман лежит в 8 км к западу от острова Кайман-Брак. Площадь Малого Каймана составляет 28,5 км². Поверхность острова низменная, лишь в северной части берег достигает высоты в 12 м.

На островах отсутствуют реки. Побережье окружено рифами и в некоторых местах мангровыми зарослями, которые иногда доходят до болотистой внутренней части островов.

Климат островов тропический, пассатный. Растительный покров и животный мир бедны, но окрестные воды богаты рыбой, черепахами, ракообразными и моллюсками. В целом природные условия благоприятны для жизни людей.

Острова Кайман приурочены к подводной горной гряде Кайман, которая простирается далее на запад от острова Куба. Жёлоб Кайман, отделяющий острова Кайман и остров Ямайка, — самая глубокая часть Карибского моря (максимальная глубина — 7686 м). Острова Кайман расположены на границе между Североамериканской и Карибской тектоническими плитами, находящимися в этом месте в поперечном движении. Движение Карибской плиты на восток и Североамериканской на запад ограничивает число землетрясений в этом районе, магнитуда которых редко превышают 7,0. На островах Кайман часто происходят незначительные толчки суши, однако в декабре 2004 года на острове Большой Кайман было отмечено землетрясение магнитудой 6,8. В результате появились небольшие воронки, которые, тем не менее, не вызвали значительных потерь.