Дарвинский заповедник расположен на большом полуострове на северо-западном берегу Рыбинского водохранилища и прилегающей акватории Рыбинского водохранилища с островами Силан, Демидиха, Леушинский и другими, представленными, главным образом, всплывшими торфяниками. Рельеф полуострова — плоская, слабо расчлененная низменная равнина с небольшими возвышениями — гривами. Большие площади занимают массивы нетронутых болот.