小蘭嶼居北呂宋島弧中海岸山脈南延部份，為未與歐亞大陸碰撞之典型火山島，地勢東西兩側高且中央低陷，主峰在東南部之小紅頭山，海拔高約175公尺，由於本島未受到劇烈的風化、侵蝕作用，並受到抬升作用的影響，東西兩側以100公尺海崖臨海，僅南北略有海岸平坦地可登陸。

小蘭嶼中央鞍狀地有兩個陷落窪盆，底高33公尺與外緣高差20餘公尺，東北窪盆面積略遜，底高74公尺外緣高差10多公尺，東南凹地最小，但底高130公尺與外緣高差15公尺，有一小型火口湖。前人的研究認為中區窪盆為火山噴口，分二期噴出，東側早於西側，東南最新，東西兩側山脊為火山壁，南北山凹為爆裂口。小蘭嶼為北呂宋島弧最年輕火山（火山噴發活動時間約在20至10萬年前），其南方海岸的中央凹地，係火口的殘餘。

小蘭嶼最高峰為小紅頭山，海拔175公尺，為距今20至10萬年前才噴發的小島，全島由火山角礫岩及安山岩所組成。島的四周大致以高約100公尺海崖與海相鄰，僅南北兩岸略可以漁船登島。