Kefalonia är den regionala enhetens största ö, som täcker 773 km2 (300 mi2) och har en befolkningstäthet på 55 personer per km2 (140/mi2). Argostoli är hem för en tredjedel av öns befolkning. Lixouri är prefekturens näst största stad, och de två städerna står tillsammans för ungefär två tredjedelar av prefekturens befolkning.
Petalas Island och Asteris Island är de två stora öarna, men de är öde.
Kefalonia ligger i en jordbävningszon och varje år inträffar hundratals små, oregistrerade skakningar. En stor jordbävning ödelade praktiskt taget alla öns byar 1953 och lämnade bara Fiskardo i norr oskadd.
Melissanisjön, Drogarati-grottorna och Koutavos-lagunen nära Argostoli är också anmärkningsvärda naturegenskaper.
Ön har en mångfaldig biologisk mångfald, inklusive flera inhemska och ovanliga arter. Vissa platser har utsetts till Natura 2000-områden av Europeiska unionen.
Mount Ainos, med en höjd av 1628 meter, är den högsta punkten på ön; i västnordväst ligger Paliki-bergen, som inkluderar Lixouri, samt Geraneia (Gerania) och Agia Dynati. Toppen av berget Ainos är en naturpark med granar.
Skogsbruk är ovanligt på ön, även om dess virkesproduktion är bland den största på de joniska öarna, men mindre än Elia på Peloponnesos. Skogsbränder var vanliga under 1990-talet och början av 2000-talet, och de utgör fortfarande en betydande fara för människorna.
Fauna
Kefalonia är välkänt för sin utrotningshotade sköldpaddor, som häckar på flera stränder runt öns sydkust. En liten koloni av den utrotningshotade Medelhavsmunksälen, Monachus monachus, lever också längs öns strand, särskilt på områden av kusten som är otillgängliga för människor på grund av topografin. Grottor längs denna kuststräcka är fantastiska platser för sälar att föda sina ungar och amma under de första månaderna av sitt liv.
Ön är känd för att vara hem för den europeiska tallmården.
Över 200 fågelarter har setts på ön.