L'isola ha un'estensione di 5,4 km² ed è situata al centro del mar Mediterraneo a 160 km a sud della Sicilia e 160 km a est della Tunisia.
Ha una forma pressoché circolare con uno sviluppo costiero di 11 km. A differenza di Lampedusa e Lampione, che fanno parte della placca continentale africana e derivano da una frattura del continente stesso, Linosa è di origine vulcanica e il suo edificio si erge a partire da millecinquecento metri di profondità: infatti, al contrario di Lampedusa e Lampione, i fondali di Linosa sprofondano rapidamente.
Le sue origini sono relativamente recenti: secondo studi geologici Linosa dovette emergere durante il Quaternario antico e deve la sua origine alle eruzioni avvenute lungo la linea di frattura che corre tra la costa est della Sicilia e il litorale di Tunisi.

La sua attività eruttiva risale al Pleistocene, ipotesi avvalorata dall'età dei fossili presenti nei tufi stratificati della parte est del monte di Ponente.
Il medesimo asse vulcanico ha dato origine, grazie a un vulcanismo fondamentalmente alcalino, all'isola di Pantelleria, la cui porzione emersa rappresenta la culminazione di strutture sottostanti molto più imponenti.
Nella storia vulcanica dell'isola è possibile riconoscere quattro fasi di attività e tre paleosuoli testimoniati da fossili di radici, stipiti e foglie di palme nane.
I crateri vulcanici sono tuttora ben evidenti: al centro dell'isola, basso e ampio (600 metri di diametro), si estende il cratere principale, la Fossa del Cappellano, fittamente coltivato. A coronarlo altri tre coni: monte Vulcano (195 m), monte Rosso (186 m), monte Nero (107 m), ed un piccolo Craterino di 50 m alle pendici di quest'ultimo. L'attività eruttiva dall'ultimo cratere (il più piccolo) è terminata circa 2500 anni fa. Attualmente l'isola è profondamente quiescente.
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