Για πολλούς ταξιδιώτες η Δονούσα είναι το ομορφότερο μικρό νησί της Ελλάδας με μια μοναδική, ανεμοδαρμένη φυσιογνωμία που οφείλεται στο χαρακτηριστικό πανάρχαιο, κυκλαδίτικο τοπίο του νησιού. Το όνομα Δονούσα πιθανώς προέρχεται από την παλαιότερη ονομασία «Δενούσα» και σχετίζεται με τη μεγάλη ναυτική σημασία του νησιού ως ενδιάμεσου σταθμού για τα καράβια που στα μεγάλα τους ταξίδια «δένανε» στους ασφαλείς τής όρμους. Άλλες ερμηνείες είναι ότι το όνομα προέρχεται από τον θεό Διόνυσο ή από το ρήμα δονέω που σχετίζεται είτε με τους σεισμούς, είτε με τις θαλασσινές δίνες και τα ταραγμένα νερά. Πρόκειται για το ανατολικότερο και πιο απομακρυσμένο νησί των Μικρών Κυκλάδων. Μπορεί να περιλαμβάνεται στις Μικρές Κυκλάδες αλλά στην ουσία δεν ανήκει γεωγραφικά στο νησιώτικο σύμπλεγμα που απλώνεται στα νότια της Νάξου και περιλαμβάνει τα νησιά Ηρακλειά, Σχοινούσα, Κέρος και Κουφονήσια. Στα δυτικά της Δονούσας και σε απόσταση 10 ναυτικών μιλίων βρίσκεται η Νάξος και στα νοτιοανατολικά, μετά από 14 ν.μ., απλώνεται η Αμοργός. Το μέγεθος του νησιού φτάνει τα 13,5 περίπου τ.χλμ. και το μήκος των ακτών του απλώνεται σε 34,7 χλμ. Οι δύο ψηλότερες κορυφές είναι η Βάρδια και ο Πάπας με ύψος 385 μ. και 383 μ. αντίστοιχα και ακολουθούν οι λόφοι Καψάλα, Τρούλος, Κλαδαριά και Πάνω Μύλος. Το υπέδαφος της νήσου είναι πλούσιο σε μεταλλεύματα και μέχρι το 1950 λειτουργούσαν εδώ ορυχεία σιδήρου, χαλκού, αλουμινίου και άτσαχα. Οι ακτές του νησιού είναι έντονα διαμελισμένες με πολλά ακρωτήρια, όρμους και γκρεμούς που καταλήγουν στη θάλασσα. Ο όρμος του Ξυλομπάτη στα βορειοδυτικά με την εντυπωσιακή «Σπηλιά του Τοίχου» ξεχωρίζει για την άγρια ομορφιά του, ο όρμος Ρούσσα στα βόρεια αγκαλιάζεται από την έρημη βραχονησίδα Σκουλονήσι ή Σκυλονήσι, το ακρωτήρι του Μοσχονά χαρακτηρίζεται από τα ψηλά, κάθετα βράχια, ενώ στη νότια πλευρά οι αμμώδεις παραλίες εναλλάσσονται με τα βράχια. Από τους μικρούς εποχικούς χειμάρρους ξεχωρίζει αυτός που εκβάλλει στην παραλία Κέδρος, ενώ σημαντική είναι η παρουσία μιας φυσικής πηγης στο Μερσίνι. Ανάμεσα στην Δονούσα και στην Νάξο σηκώνονται οι νήσοι Μάκαρες, ενώ λίγα ναυτικά μίλια στα βορειοανατολικά βρίσκονται οι βραχονησίδες Χτένια. Οι ξανθές παραλίες, οι κάθετοι γκρεμοί, οι παλιές αναβαθμίδες, τα μικρά πλατώματα, τα πυκνόφυτα ξερορέματα, οι υποβρύχιες σπηλιές, οι μικρές κορυφογραμμές, οι ύφαλοι και τα ξερονήσια δημιουργούν ένα πλούσιο οικοσύστημα, γεμάτο μικρές ανακαλύψεις για τον εξερευνητή.

Η βλάστηση του νησιού είναι τυπικά μεσογειακή με φρύγανα και θάμνους και αποτελείται κυρίως από θαμνοκυπάρισσα, πουρνάρια, σκίνα, κοκκορεβυθιές, χαρουπιές, αγριελιές, λυγαριές, κάπαρες, λαδανιές, ρείκια, αφάνες, φασκομηλιές, θρούμπια, γαλατσίδες, κ.ά. Η θέση της Δονούσας στο ανατολικό άκρο των Κυκλάδων και στη μέση του πελάγους έχει προικίσει το νησί με πολλά σπάνια είδη της χλωρίδας του Αιγαίου. Τα πιο σημαντικά από αυτά είναι η Achillea aegyptiaca, το Galium amorginum, οι καμπανούλες Campanula heterophylla και Campanula reiseri, το Seseli crithmifolium, το Allium luteolum, το Muscari macrocarpum, η Nigella doerfleri, η Spergularia media, το Tordylium hirtocarpum, τα αμάραντα Limonium ammophilon, Limonium doerfleri και Limonium graecum, το αγριογαρύφαλλο Dianthus fruticosus subsp amorginus, η Jacobaea maritima subsp bicolor και η Fibigia lunarioides. Άλλα ενδιαφέροντα είδη είναι η Arenaria aegaea, ο κρόκος Crocus tournefortii, η Anthemis scopulorum, το Hymenonema graecum, η Scorzonera araneosa, το Filago cretensis subsp cycladum, το Bellium minutum, το κολχικό Colchicum variegatum, η Paronychia echinulata, το Crambe hispanica, το Lycium schweinfurthii, η παπαρούνα Papaver purpureomarginatum, η Trigonella corniculata subsp rechingeri, το Hypecoum procumbens subsp procumbens, το Helianthemum apenninum, το Plantago cretica και το αμάραντο Limonium aegaeum. Η χλωρίδα συμπληρώνεται με πιο κοινά είδη, όπως το Aethionema saxatile subsp creticum, η Pseudorlaya pumila, ο νάρκισσος Narcissus tazetta, το Senecio leucanthemifolius, το Onosma graeca, η Carlina gummifera, ο Astragalus spruneri, η Brassica cretica subsp aegaea, η Malcolmia chia, το Mesembryanthemum nodiflorum, η Drimia maritima, το Teucrium brevifolium, η Thapsia garganica subsp garganica, το Eryngium maritimum, το Helichrysum italicum subsp italicum, η καμπανούλα  Campanula erinus, οι σιληνές Silene behen και Silene sedoides, η ίριδα Moraea sisyrinchium, ο Adonis microcarpa, ο Mandragora officinarum, η Fumana arabica, η Malva aegyptia, ο Lathyrus articulatus και η Linaria triphylla. Η Δονούσα φιλοξενεί και πολλές ορχιδέες με σημαντικότερη την σπάνια ορχιδέα του Αιγαίου Ophrys aegaea που ακολουθείται από είδη, όπως η Anacamptis pyramidalis, η Anacamptis sancta, η Neotinea maculata, η Orchis anatolica, η Ophrys ferrum-equinum, η Ophrys iricolor, η Ophrys israelitica, η Ophrys leucadica και η Ophrys phryganae.

Η Δονούσα αποτελεί σημαντικό μεταναστευτικό πέρασμα για την ορνιθοπανίδα. Ξεχωρίζει η παρουσία και το φώλιασμα στους απόκρημνους γκρεμούς του μαυροπετρίτη κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, ενώ στο Σκουλονήσι υπάρχει μια μικρή αποικία από αιγαιόγλαρους. Άλλα σημαντικά πουλιά που ζουν στο νησί είναι οι αρτέμηδες, οι μύχοι, οι θαλασσοκόρακες, οι σπιζαετοί, τα βραχοκιρκίνεζα, οι κουκουβάγιες και τα κοράκια. Την μεταναστευτική περίοδο και ιδιαίτερα τον Σεπτέμβρη στην περιοχή εμφανίζονται πολλά αρπακτικά είδη όπως φιδαετοί, σφηκιάρηδες, γερακίνες και αετογερακίνες. Από τα μικρότερα είδη πιο κοινά είναι οι ποταμοσφυριχτές, οι ακτίτες, οι αλκυόνες, οι μαυροτσιροβάκοι, οι μαυροσκούφηδες, οι μελισσοφάγοι, τα φανέτα, οι φλώροι, οι τσιφτάδες, οι φυλλοσκόποι, οι τρυποφράχτες, οι ασπροκωλίνες, οι σταχτοπετρόκληδες, οι μαυρολαίμηδες, οι αετομάχοι, οι κοκκινοκεφαλάδες, οι τσαλαπετεινοί, οι γαλαζοκότσυφες, τα σιρλοτσίχλονα, οι σταρήθρες, οι λιβαδοκελάδες και οι κορυδαλλοί.

Η ερπετοπανίδα του νησιού είναι φτωχή καθώς η απόσταση της Δονούσας από την Νάξο και την Αμοργό είναι σχετικά μεγάλη. Εδώ ζει το ενδημικό σιλιβούτι της Νάξου, ο κυρτοδάκτυλος και ο έρυκας. Συχνά στην περιοχή εμφανίζονται θαλάσσιες χελώνες καρέτα. Από τα θηλαστικά ξεχωρίζει η μόνιμη παρουσία της μεσογειακής φώκιας στις σπηλιές της ακτογραμμής, ενώ πάνω στο νησί ζουν σκαντζόχοιροι, αγριοκούνελα, μικρά τρωκτικά και νυχτερίδες. Τα νερά λίγο έξω από το νησί αποτελούν σημαντικό πέρασμα για τα σπάνια πλέον κοινά δελφίνια, ενώ η παρουσία των ρινοδέλφινων είναι πιο κοινή.