동경 128°23′, 북위 34°33′에 위치한다. 통영에서 남서쪽으로 14㎞ 지점에 있고, 욕지도 동쪽에 위치한다. 면적은 1.72㎢이고, 해안선 길이는 12.5㎞이다. 연화도의 용머리는 통영팔경 가운데 하나이다.
섬의 형상이 바다 가운데 한송이 연꽃처럼 생겨서 연화도라 하였다는 설과 옛날 이곳에서 수도하였다는 연화도사의 이름에서 비롯된 지명이라는 설이 있다. 중앙에 있는 연화봉은 깃대먼당이라고 불리는데, 이는 일제강점기에 지형측량을 위한 깃대를 이곳 먼당(산봉우리)에 꽂아 두었던 것에서 유래되었다고 한다.
남서해안 가까이에 있는 연화봉(蓮花峰, 212m)이 최고봉이며, 섬의 중앙부는 북서-동남 방향으로 완경사와 저지대가 형성되어 있다. 북서해안을 제외하면 대부분 암석해안을 이루고 해식애가 발달해 있다.
온화한 기후로 아열대성 식물인 동백나무·풍란 등이 자라며, 후박나무 군락이 있다. 1월 평균기온은 3.0℃, 8월 평균기온은 25.3℃, 연강수량은 1,548㎜이다.
2009년 기준으로 인구는 200명(남 108명, 여 92명)이 거주하고 있으며, 세대수는 102세대이다. 취락은 선착장이 있는 본촌마을에 집중해 있다. 토지이용 현황은 논은 없고 밭 0.59㎢, 임야 2.74㎢이다. 주민의 대부분이 농업과 어업을 겸하고 있다.
주요 농산물로는 보리·콩·고구마·고추·밀감 등이 생산되며, 특히 고구마가 많이 생산된다. 연안에서 멸치·장어·낙지·바지락 등이 어획되고, 넙치와 볼락 등의 양식업이 활발하다.
옛날부터 정초에 1년 내내 무사고와 고기가 많이 잡히도록 풍어놀이와 풍어제를 지내왔다. 교통은 통영과 욕지도를 왕래하는 정기여객선이 연화도를 경유한다. 교육기관으로는 원량초등학교 연화분교장이 있다.
1496년 조선시대 연산군의 박해를 피해 섬으로 들어온 연화도사가 토굴에서 득도하여 열반하자 섬주민들이 도사의 유언대로 바다에 수장했다. 이곳에서 한 송이 큰 연꽃이 피어난 데서 연화도의 이름이 유래됐다고 한다.
그 후 70여년 뒤 사명대사가 이 섬에 들어와 토굴에서 수도생활을 했다는 것. 대사의 누이 보운,약혼녀 보련,대사를 짝사랑하다 수도승이 된 보월 등 세 비구니는 대사가 섬을 떠난 후에도 계속 이곳을 지켰단다. 임진왜란이 터지자 자운선사(紫雲禪師)라 불린 이들 세 비구니는 이순신 장군을 도와 전법과 거북선 건조법을 알려주었다는 이야기가 1975년 발간된 전남 순천 승보 향토지에 기록돼 있다.