‘홋카이도’(Hokkaido)라는 지명은 8세기 후반에 지어진 고키시치도의 사이카이도(西海道), 난카이도(南海道), 도카이도(東海道) 등의 도 이름을 모방한 것으로, 그 명명자는 에도 막부 말기에 에조치(홋카이도의 구명)를 탐험한 마쓰우라 다케시로로 알려져 있다. 마쓰우라는 아호를 홋카이도진(北海道人)이라고 지을 정도로 에조치에 대한 관심이 깊었다. 1889년 그는 에조치를 대체할 명칭으로 홋카이(北加伊), 가이호쿠(海北), 가이토(海島), 도호쿠(東北), 지시마(千島), 히다카미(日高見)의 6가지 후보를 제안했다. 마쓰우라는 의견서에서 가이(加伊)는 선주민인 아이누인들이 이 섬을 부르는 명칭이라고 설명하고 있다. 이 가이를 같은 발음의 가이(海)로 바꾸어, 고키시치도의 명칭을 모방해 홋카이도(北海道)로 정했다.

홋카이도 본섬은 면적이 77,983.90 km²으로 일본 열도에선 혼슈 다음으로 2번째, 세계에선 21번째로 큰 섬이다. 아이슬란드 섬보다는 작지만, 사할린 섬보다는 크다. 남쪽의 혼슈(아오모리현)와는 쓰가루 해협을 사이에 두고 있으나 세이칸 터널을 통해 연결되어 있다. 북쪽은 소야 해협을 사이에 두고 러시아의 사할린 섬과 접해 있으며, 동쪽은 쿠릴 열도와 마주해 있다. 서쪽은 동해, 남동쪽은 태평양, 북동쪽은 오호츠크 해에 접해 있다.

넓은 면적을 차지하는 평평한 산지는 표고 300m 이하의 평지, 그리고 현저히 발달한 해안단구는 홋카이도 지형의 큰 특색이다. 삿포로 시와 도마코마이 시를 연결하는 선을 경계로 주부와 남서부로 크게 나뉘며, 남북으로 달리는 중앙산지와 동북방에서 이와 교차되는 산지가 주부의 골격을 형성하고 있다. 중앙산지를 경계로 주부는 동부와 서부로 나뉘며, 동부에서는 다이세쓰(大雪)·도카치(十勝) 화산군과 시레토코(知床)·구차로(屈斜路)·메아칸(雌阿寒)의 화산군이 동부화산지대를 형성하고 있다. 서부에서는 중앙산지와 데시오(天塩)·유바리(夕張) 산지 사이에 돈베쓰 평야(頓別平野)·나요로 분지(名奇盆地)·가와카미 분지(川上盆地) 등이 연속하여 중앙저지대를 형성하고, 이시카리 강(石狩川)은 이시카리 산지에서 가와카미 분지·이시카리 산지를 흐르고 데시오 강(天塩川)은 기타미 산지(北見山地)에서 나요로 분지·데시오 평야를 흘러 각기 동해로 들어간다. 한편 오쿠리시 섬(奥尻島)·오시마 섬(大島)·고지마 섬(小島)은 북방의 리시리 섬·레분 섬·데우리 섬과 더불어서 동해의 도열(島列)을 형성하고 있다.

홋카이도는 북위 41도~45도에 위치해 있기 때문에 서안 해양성 기후(Cfb)를 볼 수 있는 도난 지방의 일부 연안 지역을 제외하면 거의 전역이 냉대습윤기후와 같이 매우 한랭한 기후가 나타난다. 여름과 겨울의 온도차가 크고 겨울에 눈이 내리면 굳어져서 잘 녹지 않는다. 도내 전역이 폭설 지대이고 일부 지역은 특별 폭설 지대로 지정되어 있다. 도호쿠, 도토는 추위가 매우 심하고 연안부를 제외한 거의 전역이 가장 추운 달의 평균 기온이 영하 8도 이하이고 영하 20도 이하까지 내려가는 일이 많다. 가끔 영하 40도 이하로 내려가기도 한다. 최북단인 벤텐 섬에서는 툰드라 기후가 나타난다.