Die Île d’Oléron liegt im Atlantik und ist mit der französischen Westküste über eine Brücke verbunden. Sie ist 34 km lang und an der breitesten Stelle 12 km breit und wird auch die „Mimoseninsel“ genannt. Lässt man die Übersee-Départements außer Betracht ist sie mit einer Grundfläche von 175 km² nach Korsika die zweitgrößte französische Insel und an der Atlantikküste die größte vor der Belle-Île und der Île de Ré; die höchste Erhebung wird mit 19 m über dem Meer im äußersten Süden der Insel erreicht
Nordöstlich benachbart liegen die Île-d’Aix, dazwischen das Fort Boyard, östlich die Île Madame. Oléron und die Nachbarinsel Ré schließen mitsamt dem Festland den Pertuis d’Antioche ein, einen Meeresabschnitt, der als Segel-Paradies gilt. Sein südlicher Bereich ist zum großen Teil verschlickt und bietet so ein ideales Terrain zur Muschel- und Austernzucht. Aufgrund der guten Voraussetzungen und dem kontinuierlichen Zufluss von Süßwasser ist die Insel zu einer der bedeutendsten Regionen der Austernzucht in Europa geworden.
Während der deutschen Besetzung im Zweiten Weltkrieg war die Insel ein Teil des Atlantikwalls; noch heute finden sich an einigen Stränden und in den Dünen alte Bunker- und Verteidigungsanlagen.
Aufgrund ihres milden Klimas ist die Insel heute spätestens ab April bis Mitte September bei Touristen sehr beliebt. Ausflugsziele sind unter anderem der in den Jahren 1834 bis 1836 erbaute Leuchtturm Phare de Chassiron, das durch Fernsehsendungen bekannte, bei Boyardville vorgelagerte Fort Boyard und die unter Vauban errichtete Citadelle du Château d’Oléron. Das Sumpfgebiet Marais aux Oiseaux beherbergt etwa 60 Tierarten, die man sonst in der Natur nur selten zu sehen bekommt.
Reine Sandstrände finden sich im Nord- und Südwesten der Insel; in der Mitte wechseln sich an der Brandungslinie steinige Passagen mit sandigen Einsprengseln ab. Auf der dem Festland zugewandten Ostseite erstreckt sich ab Boyardville bis zum Hafen von La Brée ein ca. 15 Kilometer langer Sandstrand.
Der Wald- und Dünenbereich bei Grand-Village und Saint-Trojan ist Naturschutzgebiet.
