La géologie de l'île est directement liée à l'histoire de la péninsule armoricaine. L'île de Sein et sa chaussée se sont formés il y a plus de 120 000 ans lors de la rupture de l'extrémité de cette péninsule. Le sous-sol est constitué d'un substratum granitique à deux micas, dont la résistance à l'érosion est très élevée. Ce plateau rocheux est fragmenté par des failles orientées ouest-nord-ouest et par de multiples cassures verticales, qui ont orienté le travail des vagues et expliquent la morphologie actuelle de l'île ainsi que l'orientation des cordons de galets. Le substratum rocheux est recouvert de formations périglaciaires et, en certains points, d'un saupoudrage de sable éolien. L'essentiel de l'île est cependant constitué de cordons de galets, levées datant du Quaternaire qui assurent la protection des terres basses; sans ces cordons, l'île serait régulièrement submergée. L'île est structurée en une succession de six renflements rocheux reliés entre eux par des pédoncules étroits et des isthmes de galets, notamment le Goulenez où se trouve le phare, l'isthme de Roujou, la zone du bourg entre Pourdenver et Porkaïg, le promontoire du Gueveur, et Beg ar C'hale relié à Kelaourou.

Le climat de Sein est de type océanique tempéré, caractéristique des côtes bretonnes, mais son caractère insulaire en accentue fortement les traits. Les données climatiques varient selon les sources : les températures maximales moyennes s'échelonnent d'environ 10 °C en janvier-février à 21-22 °C en juillet-août, avec une moyenne annuelle autour de 15-16 °C. Les précipitations annuelles sont relativement modérées pour la Bretagne, avec environ 600 mm selon certaines études, bien que d'autres sources avancent des valeurs allant de 790 à 1 285 mm par an. Les mois les plus humides sont généralement novembre, décembre et janvier. L'île est soumise à des conditions météorologiques et maritimes particulièrement rudes, avec des courants de marée parmi les plus forts d'Europe, pouvant atteindre 6 à 7 noeuds par endroits. L'action combinée de la houle générée au large et de ces courants peut créer localement des conditions de mer très violentes.

La flore compte trois plantes protégées : la patience des rochers (Rumex rupestris), protégée au niveau national et d'intérêt communautaire, présente sur la presqu'île à marées basses de Kelaourou; le chou marin (Crambe maritima), protégé nationalement; et la linaire des sables (Linaria arenaria), protégée régionalement. Trois autres plantes déterminantes et inscrites sur la Liste rouge armoricaine sont également présentes : la scille printanière, la morelle douce-amère maritime et l'ophioglosse du Portugal. L'érodium maritime est particulièrement bien représenté sur l'île. Concernant la faune, l'île abrite une part importante de la population reproductrice bretonne du Grand gravelot (Charadrius hiaticula), avec une vingtaine de nids recensés en 2012, ainsi que quelques couples de Sterne naine (Sterna albifrons) qui y nichent régulièrement depuis 1992. L'île est une zone très importante pour l'hivernage du Bécasseau violet (Calidris maritima), accueillant 10 % de la population hivernante française, et le Tournepierre (Arenaria interpres) y atteint des effectifs hivernants déterminants. Une forme particulière de musaraigne des jardins (Crocidura suaveolens enez-sizunensis) est considérée comme endémique de l'île de Sein. Un groupe d'environ 25 Grands Dauphins (Tursiops truncatus) vit toute l'année et se reproduit aux alentours immédiats de l'île et de la chaussée de Sein, ce qui constitue l'un des principaux groupes côtiers de grands dauphins des côtes françaises, et représente environ 10 % des effectifs des populations sédentaires côtières. La chaussée de Sein reçoit également régulièrement la visite de phoques gris (Halichoerus grypus), qui utilisent le site comme reposoir en été. La végétation terrestre de l'île est dominée par des landes et des pelouses rases, sans aucun arbre, avec quelques bruyères et des champs entourés de murets de pierres sèches produisant de l'orge, des pommes de terre et quelques légumes.

Les menaces qui pèsent sur cet écosystème insulaire sont multiples. Six espèces végétales exotiques envahissantes ont été recensées sur l'île, dont deux classées invasives avérées : l'ail triquètre (Allium triquetrum) et la griffe de sorcière (Carboprotus edulis). Deux espèces animales sont reconnues comme problématiques : le lapin de garenne (Oryctolagus cuniculus) et le rat surmulot (Rattus norvegicus), dont la prolifération entraîne des dégâts importants sur les populations d'oiseaux et la végétation locale. Des actions de régulation ont été menées, notamment en 2018 pour la population de rats, et un programme géré par l'Association des îles du Ponant a permis de réguler la population de lapins. Par ailleurs, la faible altitude de l'île et sa position exposée la rendent particulièrement vulnérable à l'érosion côtière et aux submersions marines, des secteurs en voie d'érosion ayant été identifiés tout le long de l'île, avec des zones où l'île menace de se rompre et de se diviser. La zone inondable du Lenn, dont le niveau est légèrement inférieur à celui des terres voisines, se remplit d'eau à la fois par l'apport des vagues et par des infiltrations venant du sous-sol. Le cycle des marées, avec son effet de chasse d'eau toutes les six heures, limite toutefois la durée des épisodes de submersion, qui durent au maximum deux heures avant que la marée ne baisse.

Administrativement, l''île de Sein est une commune du Finistère située à environ 8 kilomètres à l'ouest de la pointe du Raz, dont elle est séparée par le redoutable raz de Sein. D'une superficie d'environ 58 hectares, elle s'étire sur près de 2 kilomètres de long pour une largeur variant de 30 à 800 mètres, avec une altitude moyenne d'à peine 1,50 mètre, ce qui la rend extrêmement vulnérable aux submersions marines. Son nom pourrait provenir du gaulois senos ("vieux") ou du latin senus ("courbe"), et l'île a été successivement appelée Sena, Sina, Seyn, Sizun, Ille de Sayn, Isle Seizun, Isle des Saincts, avant de devenir l'Île-de-Sein.

Les traces d'occupation humaine remontent au Néolithique, comme l'attestent onze sites de peuplement identifiés, dont des tumulus, des menhirs et des dolmens. Deux mégalithes remarquables, les Grands Causeurs (Prégourien-Bras), se dressent encore face à face sur un tertre proche de l'église Saint-Guénolé. Au I^er siècle, le géographe romain Pomponius Mela mentionne l'île sous le nom de Sena, signalant qu'un oracle gaulois y était servi par neuf prêtresses, les Gallisenae, vouées à une virginité perpétuelle et réputées détenir le pouvoir de déchaîner les vents et de soulever les mers. Selon la tradition, vers 440, saint Guénolé, importuné par les fidèles sur le continent, se serait retiré sur l'île de Seidhun avec quelques disciples, le roi Gradlon la lui ayant donnée, et y aurait fondé un prieuré avant de partir établir l'abbaye de Landévennec. L'abbaye de Landévennec assura pendant plusieurs siècles le service religieux de l'île, qui lui devait en compensation "150 merlus de rente". L'église actuelle Saint-Guénolé, bâtie en 1901 en partie par les Sénans avec des pierres de la côte, conserve une relique de saint Guénolé, un fragment d'os. En 1360, pendant la guerre de Cent Ans, les Anglais débarquèrent sur l'île et la pillèrent avec 14 000 hommes et 80 navires, en représailles après un raid de marins normands sur la ville anglaise de Winchelsea.

La question du droit de bris et des naufrages a profondément marqué l'histoire et la réputation des Sénans. La première trace historique de pillage d'épave remonte à 1476, lorsqu'un mandement du duc de Bretagne François II demanda la restitution des cinq sixièmes de la valeur de la cargaison d'un navire espagnol échoué. Au XVII^e siècle, des voyageurs comme François-Nicolas Baudot, sieur du Buisson et d'Aubenay, décrivirent les Sénans comme des "gens sauvages qui courent sus aux naufragans, vivans de leurs débris et allumans des feux dans leur isle, en des lieux de péril, pour faire faire naufrages aux passans le raz".  Toutefois, cette accusation de naufrageage volontaire est aujourd'hui considérée comme très controversée, et l'historiographie récente met en évidence une lente évolution des pratiques : au XVIII^e siècle, les Sénans, d'abord décrits comme des pilleurs invétérés, devinrent progressivement aux yeux des institutions et des voyageurs de véritables sauveteurs en mer.

Le nombre élevé de naufrages autour de l'île forgea dans cette communauté de pêcheurs une identité spécifique face aux accidents maritimes, favorisée par l'application de l'Ordonnance de la Marine de 1681, qui accordait aux sauveteurs le tiers des effets naufragés. Des archives de l'Amirauté de Brest témoignent de cette ambivalence : lors du naufrage de l'Ange Raphaël en 1737, les îliens pillèrent les balles de coton et les barils d'indigo, mais l'enquête révéla aussi des restitutions importantes de poudre d'or et de bijoux, suscitées par les monitoires de l'Amirauté. 

En 1740, le capitaine du navire L'Aimable Famille déclara que "les insulaires nous ont sauvé la vie; ils ne nous ont rien volé, mais il est à ma connaissance qu'ils ont bu du vin à se saoûler". Un épisode emblématique de cette transition est le sauvetage de l'équipage du Bellissima, brick anglais brisé sur les écueils de l'île le 18 septembre 1835 : le recteur Charles et trois habitants, Jacques Milliner, Noël Milliner et Pierre-Michel Guilcher, formèrent une chaîne humaine dans l'eau jusqu'au cou pour secourir les naufragés, et le capitaine William Reid exprima publiquement sa reconnaissance, tandis que le recteur reçut une médaille du roi d'Angleterre. La roche sur laquelle le Bellissima se brisa porte désormais le nom de Plassen Bellissima.

La population de l'île a connu une évolution démographique significative. En 1741, Sein comptait 472 habitants répartis en 148 familles, dont 77 familles "isliennes pur sang", 56 familles métisses et 15 familles d'étrangers en séjour. Les noms de famille dominants étaient Guilcher (22 familles), Milliner ou Monier (17), Chouart (12), Porsmoguer (10), Couillandre (9), Timeur (8), Piton (7), Canté (6), Menou (6), Coquet (5), Fouquet (5) et Spinec (4). La mortalité infantile était alors très élevée, atteignant 28,72 % avant un an et 29,74 % entre un et dix ans. En 1858, 598 habitants vivaient de la soude tirée du goémon ainsi que de la pêche au congre et à la vieille. La récolte du goémon était avant tout le travail des femmes, qui ramassaient le varech sur la grève et le portaient sur leur tête dans des paniers en osier, avant que les blocs d'algues brûlés ne dégagent d'énormes panaches de fumée.

Louis XIV, reconnaissant la dureté des conditions de vie, aurait déclaré : "Vouloir imposer Sein, déjà accablé de tous les impôts de la nature, ce serait vouloir imposer la mer, les tempêtes et les rochers". Depuis le début du XVIII^e siècle, les habitants de Sein et de Molène sont exonérés d'impôts en raison de leurs conditions de vie reconnues comme très difficiles. La population a connu un déclin majeur au XX^e siècle, divisée par cinq entre 1968 et 2005, et elle fluctue aujourd'hui fortement selon les saisons : l'île compte environ 120 habitants au creux de l'hiver et jusqu'à 1 200 à 1 500 personnes en été. Les statistiques officielles les plus récentes font état de 263 habitants municipaux et d'une densité de 438,3 habitants par kilomètre carré.

L'épisode le plus célèbre de l'histoire sénane est sans conteste le ralliement massif de ses hommes à la France libre en juin 1940. Alors que l'armée allemande pénètre en Bretagne le 17 juin, les Sénans, rassemblés autour des postes de TSF, entendent l'appel du général de Gaulle lancé depuis Londres. Refusant de se résigner, 135 marins Sénans décident de rallier les côtes anglaises pour reprendre le combat, et six bateaux quittent l'île entre le 19 et le 26 juin, le Corbeau des mers étant le dernier à prendre la mer dans la nuit du 26 avec vingt marins à son bord. Le plus jeune de ces volontaires avait 14 ans et le plus âgé 54 ans; vingt-deux d'entre eux ne sont jamais revenus. Réunissant à Londres les 400 premiers volontaires français, dont les 124 ou 135 Sénans selon les sources, le général de Gaulle aurait alors prononcé ces mots restés célèbres : "L'île de Sein, c'est donc le quart de la France!". L'île fut nommée "Compagnon de la Libération" le 1^er janvier 1946 et reçut la Croix de la Libération des mains du général le 30 août, avec la citation suivante : "Devant l'invasion ennemie, s'est refusée à abandonner le champ de bataille qui était le sien : la mer. A envoyé tous ses enfants au combat sous le pavillon de la France libre devenant ainsi l'exemple et le symbole de la Bretagne tout entière". Seules cinq villes en France ont reçu cette distinction. Après la guerre, les conditions matérielles restèrent difficiles sur l'île, et une aide aux familles des Sénans partis en Angleterre fut organisée. Depuis 1945, toute activité agricole a disparu de l'île.

Aujourd'hui, l'économie de l'île repose principalement sur la fonction publique et le tourisme. La majeure partie des emplois est assurée par la fonction publique, à hauteur de 64,3 %, avec des postes dépendant de la mairie ou des collectivités territoriales, tandis que le tourisme représente 35,7 % des emplois, avec de nombreux gîtes, deux hôtels et six cafés-restaurants. L'activité de pêche s'est considérablement amenuisée : l'île ne compte plus que deux bateaux de pêche sortant à la journée, même si plusieurs Sénans partent encore pour des campagnes de pêche hauturière, au thon vers les Seychelles ou à la légine dans l'océan Austral. L'île est exemptée à titre dérogatoire d'être rattachée à une intercommunalité à fiscalité propre, et fait partie du parc naturel régional d'Armorique, du parc naturel marin d'Iroise et de l'association des îles du Ponant. La question de l'autonomie énergétique est devenue centrale : l'île consomme 350 000 litres de fuel par an pour produire son électricité dans une centrale thermique installée sous le phare, chaque habitant consommant environ 1000 litres par an pour ses usages quotidiens et le chauffage. 

Depuis 2018, une transition énergétique a été entamée avec l'installation de panneaux photovoltaïques et d'une première batterie, mais les panneaux solaires ne fournissent encore que 15 % des besoins en électricité, et le projet d'éolienne annoncé pour 2024 n'était toujours pas sorti de terre en 2026. Le breton, longtemps resté l'unique langue employée par les Sénans jusqu'à la seconde moitié du XX^e siècle, s'est relativement bien maintenu et reste largement employé chez les personnes âgées, même s'il est de moins en moins pratiqué. Le breton de l'île présente une particularité remarquable : la disparition du son /z/ à l'intérieur des mots, remplacé par le /d/, si bien que brezhoneg se prononce "bredonèk". En 2024, Sein a accueilli le prologue de la Redadeg, la course de relais pour la langue bretonne. Le musée de l'île, installé dans l'ancien abri du marin quai des Paimpolais, retrace la vie sénane d'autrefois, le parcours héroïque des hommes partis en Angleterre en 1940, l'histoire du sauvetage en mer et l'archéologie sous-marine, avec une carte répertoriant les naufrages autour de Sein. Les défis contemporains de l'île sont multiples : perte de population, dépendance énergétique, érosion côtière et submersion marine menacent à terme la survie physique et sociale de cette communauté insulaire.