Полуостров Осима расположен южнее низменности Куромацунай, связывающей посёлки Суццу и Осямамбе[1]. Его южная часть врезается развилкой в пролив Цугару: малым полуостровом Камэда на востоке и полуостровом Мацумаэ на западе[1]. Восточные берега полуострова выходят к заливу Утиура, а западные — к Японскому морю[1]. К востоку от низменности Куромацунай находится много вулканов. Крупнейшие из них — Йотей, Комагакэ и Эсан.
Рельеф полуострова Осима гористый, основную часть составляют горы Осима[1]. Они являются продолжением гор Оу на северо-востоке Хонсю. Равнин мало[1]. Крупнейшей из них является равнина Хакодатэ в районе реки Оно[источник не указан 968 дней]. Преобладают буковые леса.
Основное занятие жителей полуострова — рыболовство и сельское хозяйство. Административно он относится к округу Осима.
С 1988 года полуостров соединён с полуостровом Цугару на Хонсю туннелем Сэйкан, через который проходят железнодорожные линии Кайкё и Хоккайдо-синкансэн железнодорожной компании Хоккайдо[2][3].