Провинция омывается водами моря Лаптевых и Восточно-Сибирского моря и отделена от материка проливом Дмитрия Лаптева. Она расположена на материковой отмели севернее 73° с.ш. и состоит из трех групп островов: Де-Лонга, собственно Новосибирских, или островов Анжу, и Ляховских. Общая площадь островов превышает 36 тыс. км2. Наиболее крупные из них — Котельный (12 тыс. км2), Новая Сибирь (5240 км2), Фаддеевский (5170 км2) и Большой Ляховский (4600 км2).
По характеру геологической структуры эти острова принадлежат к Верхоянскому складчатому поясу. На их территории распространены дислоцированные палеозойские и мезозойские отложения (сланцы, известняки, песчаники), а также граниты и базальты, слагающие обычно более возвышенные участки. Значительные площади покрыты аллювиальными, озерно-аллювиальными, морскими и ледниковыми четвертичными отложениями, среди которых залегают мощные горизонты подземных льдов.
