La péninsule est très montagneuse, ses plus hauts pics atteignant environ 2 800 m. Ces montagnes sont considérées comme la continuité des Andes de l'Amérique du Sud, une dorsale sous-marine reliant les deux. La péninsule est très escarpée et ses glaciers se déversent dans la barrière de Larsen, qui se rompit de manière significative en 2002.

Le climat de la péninsule étant le plus doux du continent (0 à 5°C en été, -20 à -10°C en hiver), la plupart des stations de recherches y sont construites ou sur les îles avoisinantes.