Cephalonia er den regionale enheds største ø, der dækker 773 km2 (300 mi2) og har en befolkningstæthed på 55 personer pr. km2 (140/mi2). Argostoli er hjemsted for en tredjedel af øens befolkning. Lixouri er præfekturets næststørste by, og de to byer udgør tilsammen omkring to tredjedele af præfekturets befolkning.
Petalas Island og Asteris Island er de to store øer, men de er øde.
Cephalonia ligger i en jordskælvszone, og hvert år forekommer hundredvis af små, uregistrerede rystelser. Et stort jordskælv ødelagde stort set alle øens landsbyer i 1953 og efterlod kun Fiskardo i nord uskadt.
Melissani-søen, Drogarati-hulerne og Koutavos-lagunen nær Argostoli er også bemærkelsesværdige naturlige træk.
Øen kan prale af en mangfoldig biodiversitet, herunder adskillige oprindelige og usædvanlige arter. Nogle steder er blevet udpeget som Natura 2000-områder af Den Europæiske Union.
Mount Ainos, med en højde på 1628 meter, er det højeste punkt på øen; mod vest-nordvest ligger Paliki-bjergene, som omfatter Lixouri, samt Geraneia (Gerania) og Agia Dynati. Toppen af Mount Ainos er en naturpark med grantræer.
Skovbrug er ualmindeligt på øen, selvom dens træproduktion er blandt de største på de Ioniske øer, men mindre end Elia på Peloponnes. Skovbrande var udbredt i 1990'erne og begyndelsen af 2000'erne, og de udgør fortsat en betydelig fare for befolkningen.
Fauna
Cephalonia er kendt for sin truede bestand af skildpadder, som yngler på flere strande omkring øens sydkyst. En lillebitte koloni af den truede middelhavsmunkesæl, Monachus monachus, lever også langs øens kyst, især på områder af kysten, der er utilgængelige for mennesker på grund af topografien. Grotter langs denne kyststrækning er gode steder for sæler at føde deres unger og amme dem i de første par måneder af deres liv.
Øen er kendt for at være hjemsted for den europæiske fyrremår.
Over 200 fuglearter er blevet observeret på øen.