Midway to owalny atol, składający się z pierścienia rafy koralowej o średnicy ok. 8 km otaczającej lagunę o głębokości sięgającej 15 m w centralnej części[3][1]. Większość rafy tworzy ciągłą barierę, szczególnie po stronach północnej i wschodniej. Od zachodu znajduje się wejście do laguny, w którym jest tylko kilka skrawków rafy[1]. W południowej części atolu znajdują się trzy niewielkie, niskie wyspy: Sand Island (4,56 km²), Eastern Island (1,36 km²) i Spit Island (0,05 km²), łącznie mające powierzchnię 5,9 km²[2][1][4]. Jest to największa powierzchnia lądowa w łańcuchu Północno-Zachodnich Wysp Hawajskich[4]. Otaczające je rafy mają 356 km² powierzchni[3]. Sand Island była pierwotnie pokryta prawie wyłącznie piaskiem, a jej najwyższe wzniesienie mierzyło 13 m n.p.m.; ludzie posadzili na niej trawy, krzewy i drzewa[1]. Eastern Island to trójkątna wyspa zbudowana z bardziej zwartej gleby, która była porośnięta roślinami jeszcze przed odkryciem[1]. Pomiędzy Sand Island a Spit i Eastern Island znajdowało się przejście w barierze rafy wystarczające dla łodzi, które zostało potem sztucznie powiększone[1].
Atol Midway jest oddalony o około 50 mil (80 km) na wschód od Kure i ok. 90 mil (145 km) od Pearl i Hermes. Od Honolulu dzieli go 482,7 km[1].
Klimat archipelagu Hawajów przez cały rok jest łagodny, o małej zmienności. Przeważają wiatry z północnego wschodu. Latem dominujący wpływ wywiera na niego wyż północnego Oceanu Spokojnego; zimą, szczególnie od listopada do stycznia, niż aleucki przemieszcza się na południe i może stać się dominujący w tym regionie. Temperatury powietrza na Midway zmieniają się w ciągu roku w zakresie 11–33 °C. Najsilniejszy huragan zarejestrowany w tym regionie to huragan Patsy z 1959 roku, który przechodząc między Midway a Kure osiągał prędkość wiatru ponad 115 mi/h (185,07 km/h)[7].
Nie ma archeologicznych świadectw bytności ludzi na Midway, ale w tradycji ustnej zachowały się opowieści świadczące o tym, że rdzenni Hawajczycy wiedzieli o istnieniu Północno-Zachodnich Wysp Hawajskich[5][8]. Kulturowo były one uznawane za krainy przodków, nieprzeznaczone dla żyjących. Badacze kultury hawajskiej powiązali atol Midway z nazwą Kuaihelani, oznaczającą „kręgosłup nieba”; w mitach opisywano to miejsce jako wyspę unoszącą się na niebie. Może to być obrazowe przedstawienie tego, że otwarte wody lagun często odbijają obraz nieba, sprawiając wrażenie, jakby wyspy unosiły się w powietrzu. W mitach i pieśniach jest wiele odniesień do tego miejsca jako położonego w północno-zachodniej części archipelagu; to stamtąd bogowie ‘Au-kele-nui-‘aikū, Mo‘o-i-nānea, Pele, dziadkowie Kamapua‘a, Kea-nini-‘ula-ka-lani, i Ke-ao-melemele mieli wywędrować na główne wyspy Hawajów. To także miejsce, gdzie Kāne i Kanaloa piją kavę w towarzystwie duchów. Miejsce to pojawia się także w innych opowieściach[8]. Późniejsza hawajska nazwa Pihemanu oznacza „głośny zgiełk ptaków” i nawiązuje do wielkiej liczebności ptaków morskich na atolu[2][9].
8 czerwca 1859 roku Midway odkrył N.C. Brooks z barku „Gambia” i nazwał je Middlebrook Islands. Brooks objął je w posiadanie w imieniu Stanów Zjednoczonych na mocy Ustawy o wyspach z guanem[5][1]. Zostało to sformalizowane w 1867, kiedy do wysp dopłynął okręt United States Navy USS „Lackawanna”. 28 sierpnia Stany Zjednoczone oficjalnie przyłączyły te wyspy (wówczas Brooks Island), jako pierwsze terytorium wyspiarskie[1]. Na przełomie XIX i XX wieku wiele statków osiadło na rafach Midway, jako że wyspy są niskie i trudne do zobaczenia na morzu, szczególnie przy niesprzyjającej pogodzie[1]. Jednym z nich był „Wandering Minstrel”, którego katastrofa z 1888 zainspirowała powieść The WreckerRoberta Louisa Stevensona[10].
W 1870 amerykański slup wojenny USS „Saginaw” rozpoczął poszerzanie kanału żeglugowego między wyspami[1]. W 1903 roku prezydent Theodore Roosevelt oddał Midway w zarząd United States Navy, aby zapobiec rzezi ptaków morskich przez kłusowników[10]. W tym samym roku położono transoceaniczny kabel telegraficzny przez Pacyfik, wykorzystując centralne położenie Midway[1][5][4]. W 1923 odbyła się ekspedycja USS „Tanager”, która jako pierwsza systematycznie badała zasoby naturalne Północno-Zachodnich Wysp Hawajskich[1]. W 1935 roku linie lotniczePan American World Airways wykorzystywały Midway jako przystanek w pięciodniowych lotach przez Pacyfik[5][10] i zbudowały na Sand Island hotel ze sklepami i własną elektrownią[1][4].
W 1940 roku Stany Zjednoczone przygotowywały się do włączenia w działania II wojny światowej i rozpoczęły budowę placówki na Midway. Baza lotnicza marynarki wojennej została oddana w 1941 roku[11], a jej znaczenie strategiczne zostało uznane za niższe jedynie od bazy Pearl Harbor[10]. Po przeprowadzeniu ataku na Pearl Harbor, dwa niszczyciele japońskiej marynarki wojennej ostrzeliwały Midway przez prawie dwie godziny. Następny japoński atak, w wyniku którego rozegrała się bitwa o Midway, okazał się przełomem w II wojnie światowej na Pacyfiku, po którym Cesarstwo Wielkiej Japonii nie odzyskało już inicjatywy. Początkowo mające przewagę siły japońskie zostały rozbite przez Amerykanów. Co najmniej 30 samolotów obu stron rozbiło się w wodach otaczających Midway i Kure; w 2000 roku sekretarz zasobów wewnętrznych Stanów Zjednoczonych ustanowił atol narodowym miejscem pamięci (Battle of Midway National Memorial)[10][11].
Także po wojnie centralne położenie Midway na Pacyfiku sprawiało, że atol nie stracił strategicznego znaczenia. W 1952 spółka zarządzająca połączeniem telegraficznym powierzyła marynarce wszystkie budynki i sprzęt. Rok później marynarka reaktywowała bazę sił powietrznych i rozpoczęła nasłuch radarowy potencjalnych działań sił radzieckich. Do lat 80. XX w. prowadzono tu nasłuch ruchu okrętów podwodnych. W czasie wojny koreańskiej i wojny wietnamskiej przez Midway przewijały się tysiące osób personelu wojskowego[10][11]. W 1981 roku lotnisko na Midway ponownie udostępniono lotom cywilnym, redukując obecność wojskową[10].
Roślinność i entomofauna Midway uległy dużym zmianom przez sto lat ludzkiej ingerencji[3]. Począwszy od budowy stacji komunikacji kablowej na początku XX wieku, ludzie zaczęli przekształcać jałową, piaszczystą Sand Island. Przywieziono tu ok. 9 tys. ton gleby z Honolulu, m.in. tworząc ogrody warzywne. Sprowadzono piaskownicę zwyczajną z San Francisco, która ustabilizowała ruchome piaski i drzewa, w szczególności rzewnię skrzypolistną, dla osłony przed wiatrem i dla ozdoby. Sprowadzone zostały tu także obce dla Hawajów kanarki i pochodzące z niedalekiej wyspy Laysan ptaki: hawajka grubodzioba i karliczka hawajska[1]. W 1943 roku na Midway dotarły szczury śniade, które doprowadziły do wymarcia tutejszych populacji karliczki i hawajki, a także sprawiły, że populacja petrela bonińskiego spadła z około 500 tysięcy osobników do poniżej 5 tysięcy w latach 80.[12]
Współcześnie podejście do zagospodarowania przyrody atolu uległo zmianie. United States Navy, United States Fish and Wildlife Service i Departament Rolnictwa Stanów Zjednoczonych wytępiły szczury na atolu; problemem wciąż pozostają zawleczone tu myszy domowe, które od 2015 roku zaczęły nocami atakować albatrosy, raniąc i zabijając ptaki[4][12]. Z Eastern Island usunięto zagajnik rzewni, a nowe siewki są na bieżąco likwidowane. W 2008 oceniano, że około 30% powierzchni wysp pokrywają struktury stworzone przez ludzi (lądowiska, budynki), 23% porastają trawy i zioła, 22% krzewy, 18% drzewa, a 7% piasek i goła ziemia. Tylko ok. 0,23% stanowią tereny podmokłe[3]. 3/4 roślin na Midway to gatunki introdukowane[4].
W wodach otaczających Midway żyje ponad 250 gatunków ryb, w tym rzadki Hyporthodus quernus. Poza rafami występują ryby pelagiczne, takie jak tuńczyki i żaglicowate. Stwierdzono tu 16 gatunków korali madreporowych; z dwóch gatunków traw morskich jeden jest endemitem, a drugi nie był wcześniej stwierdzony w archipelagu Hawajów[4].