La isla está ubicada en las coordenadas geográficas 27°7′10″S 109°21′17″O / -27.11944, -109.35472, localizándola aproximadamente en la latitud de la ciudad chilena de Caldera, aunque el punto del continente más próximo a la isla se ubica al sur, en la Punta Lavapié, VIII Región del Biobío, a 3.526 km. de distancia. Además, se encuentra a 2.075 km al oeste de las islas Pitcairn y a 4.251 km de Papeete, la capital de la Polinesia Francesa. A 415 kilómetros de distancia al oeste se encuentra la isla Sala y Gómez, el punto más oriental de Oceanía. Muchas veces la isla es considerada como el lugar más remoto del mundo, aunque la isla Bouvet y Tristán da Cunha están a mucha mayor distancia de cualquier otra zona terrestre.

La isla se ubica sobre la Placa de Nazca, cerca de una microplaca tectónica llamada "de Isla de Pascua" que se origina en la zona de divergencia entre la de Nazca y la Placa Pacífica. Esta zona de divergencia es la que produce un alto vulcanismo que, tras millones de años, dio origen a la isla. Hace aproximadamente tres millones y medio de años, los volcanes submarinos comenzarían a emerger: primero fue el Poike, luego el Maunga Terevaka y, finalmente, el Rano Kao. Estos tres volcanes conformarían los vértices del triángulo que forma la isla. Posteriormente, más de 70 cráteres surgirían para dar forma definitiva a la isla, modelada además por la erosión marina.
Como la isla se encuentra sobre la Placa de Nazca, Rapa Nui se mueve a una velocidad de 9 centímetros al año hacia la costa chilena, debido al fenómeno de subducción entre Nazca y la Placa Sudamericana.