Tulemaa paljandunud kivimid näitavad keerulist geoloogilist ajalugu, millel on kolm peamist tektoonilist etappi.

1. Hilisjuurast varakriidini (150–100 miljonit aastat tagasi) oli Gondwana hiidmandri edelaosa maakoor tektoonilise venituse all. Selle tagajärjel tekkis kitsas piklik (praeguse asendi järgi) loode-kagusuunaline settekivimite bassein. See piirnes idas vulkaaniliste saarte kaarega, mis varustas seda pidevalt setetega (settetsükkel), ja lääne poole jäi Gondwana kontinentaalne mass, mis hakkas globaalselt lagunema, moodustades antud juhul Lõuna-Ameerika mandri.^[2][3] Selle basseini asendit võib võrrelda tänapäeva Jaapani mere omaga: ühel pool vulkaanilised saared (Jaapan), teisel pool kontinentaalne mass (Euraasia). Bassein sai rohkesti setteid peamiselt vulkaanilisest kaarest, need ladestusid suhteliselt sügavale merepõhja. Merepõhja anoksilised tingimused ja organismide suhteline rohkus, nii et surres lisasid nad basseini täitele palju orgaanilist ainet, olid soodsad tingimused selleks, et see settekivimite täide oleks tänapäeval Lõunabasseini süsivesinike peamine lähtekivim.^[4]
2. Teine etapp Tulemaa geoloogilises ajaloos tekkis piirkonna laamade käitumise drastilise muutuse tõttu alates hiliskriidist (100 miljonit aastat tagasi) kuni varamiotseenini (umbes 16 miljonit aastat tagasi). See põhjustas maakoore kokkusurumise ja merealade järkjärgulise sulgumise. Nii hakkas vulkaaniliste saarte kaar triivima kirdesse, lähenedes basseini mandripoolsele piirile ja surudes selle settekihi täidet kokku. Selle etapi tagajärjel tekkisid Tulemaa Andid. Seal on näha paksud settekivimite kihistused, mis algselt moodustasid merepõhja ja on nüüd paljandunud tuhandete meetrite kõrgusel merepinnast.^[5] Selge näide sellest nähtusest on Olivia mäel, kus hoolikalt vaadates võib settekivimite kihtides märgata arvukalt kurde. Basseini kitsenemine põhjustas maakoore lühenemise ja paksenemise, mille tagajärjel tekkis mäeahelik (vt orogenees). See deformatsioon levis kaugemale praegusest mägisest alast, hõlmates peaaegu kaks kolmandiku saarest.^[6][7]Selle massi raskus põhjustas maakoore osalise vajumise mäestiku vahetus naabruses, nii et moodustus mäestikuesine nõgu, mida nimetatakse Lõunabasseiniks. See bassein võttis vastu märkimisväärse koguse setetest, mis pärinesid peamiselt Tulemaa Andide erosioonist.

Lõuna- ja läänerannad, kus Andid piirnevad merega, sealhulgas Vaikne ookeani väinadega, on kõrged ja liigestatud. Seal on palju fjorde.

Põhja- ning idarannad on lauged ja väheliigestatud. Seal paiknevad ka peaaegu ringikujuline San Sebastiáni laht ja Bahía Inútil.

Tulemaa saar jaguneb kaheks hästi eristuvaks osaks. Põhjapoolne kaks kolmandikku saarest koosneb platoodest ja kergelt lainjatest tasandikest. Lõunapoolne kolmandik hõlmab Andide mäestiku lõunaotsa, mis on seal ida-läänesuunaline. Selle harud on Tulemaa Andid ja Darwini mäed.

Kõige kõrgemad tipud on Darwini mägedes saare edelaosas (Tšiili poolel). Neist kõrgeim on 2469 m kõrgune Shiptoni mägi.^[8]

Kliima on jahe, edelaosas ka niiske.

 Pikemalt artiklis Tulemaa veestik

Mäeahelike kõrgematel ja varjulisematel nõlvadel on palju liustikke. Mõned laskuvad merepinnani, näiteks need, mis laskuvad Darwini mägedesst lõuna poole, nagu Beagle'i väinani ulatuv Pía liustik.

Mäeorgude põhjas on liustikulise tekkega ilusaid järvi ja laguune, näiteks Fagnano järv ja Yehuini järv. Suuremad järved on Lynchi järv, Fagnano järv riigipiiril ja Lago Blanco.

Saarel leidub ka äravooluta alasid, näiteks Porveniri linna ja Gente Grande lahe vahel (näiteks Laguna Deseada) ja |Río Grande linna ümber.

Saarel on palju jõgesid, mis saavad alguse mägedest. Enamik neist suubub Río Grande jõkke, mis omakorda suubub Argentina merre.

Saare keskosas või algusega seal on mitu suurt kahe riigi territooriumile jäävat vesikonda (põhjast lõunasse): San Martíni jõe vesikond, Chico jõe vesikond, Río Grande vesikond (8400 km², saare suurim)^[9] ja saare keskosa lõunaosa kuulub Azopardo jõe vesikonda, mis hõlmab ka Fagnano järve ning on kesksetest vesikondadest ainus, mis suubub Vaiksesse ookeani.

Nende kesksete vesikondade ümbruses voolavad lühikesed jõed, millest mõned piirnevad äravooluta aladega või jõuavad mereni üksnes suurvee ajal. Mõned jõed, mis suubuvad merre, on (alates saare põhjapoolsest tipust ja liikudes päripäeva): Side jõgi, Calafate jõgi, Culleni jõgi, Gama oja, mis suubuvad Atlandi ookeani, Beagle'i väina suubuvad Lasifashaji jõgi, Olivia jõgi, Pipo jõgi, Lapataia jõgi ja Yendegaia jõgi, mis saab alguse ja suubub merre riigipiirist lääne pool. Edasi jõuame pika ida–läänesuunalise poolsaareni, millel on Darwini mäed oma arvukate liustikega, mis suubuvad lõunas Beagle’i väina ja põhjas Almirantazgo fjordi. Fjordi soppi suubuvad Azopardo jõgi, Fontaine’i jõgi ja Veeri jõgi. Fjordi põhjarannikul suubub Paralelo jõgi. Edasi tulevad Bahía Inútilisse või Whiteside’i väina suubuvad Caleta jõgi, Río Grande, Nogueira jõgi, McClellandi jõgi, Marazzi jõgi, Río Nuevo, Discordia jõgi ja Rosario jõgi. Inútili lahest põhja pool, suubuvad jälle Whiteside'i väina Santa María jõgi, Porveniri jõgi (mis varustab Porveniri linna joogiveega), La Puerta oja ja Los Palose jõgi. Magalhãesi väina suubuvad veel Rogersi oja, Río del Oro, Cortado oja ja Oscari jõgi, mis on viimane nimega jõgi lääne pool Primera Angosturat, mille ääres on saare põhjapoolseim punkt.

Läänepoolel kuuluvad kõik vesikonnad Tšiili vesikondade registri punkti 128 alla, idapoolel kuuluvad need punkti 73 "mitmesugused Tulemaa vesikonnad“, välja arvatud Fagnano järve vesikonnad, mis on number 82.

Mägedes on leht- ja okasmetsad, põhja pool rohtlad.

17. detsembril 1949 registreeriti saarel maavärin magnituudiga 7,8.

Esimesed asukad (kütid-korilased) jõudsid Tulemaale maasilla kaudu rohkem kui 10 000 aastat tagasi. Teise sisserännulainega saabusid meritsi saarelt saarele rändavad vesinomaadid Patagoonia lääneranniku lähedastelt saartelt.

Saare on avastanud eurooplastele Hispaania ekspeditsioon Fernão de Magalhãesi juhtimisel umbes 21. augustil^[küsitav] 1520. Saare nimi tulenevat arvukaist lõkkeist, mida meremehed laevadelt üllatusega silmasid. Nende lõkete abil kaitsesid end külma eest põliselanikud onad ja jaganid, kes vaatamata karmile kliimale rõivaid peaaegu ei kandnud. Sooja said nad üksnes tulest, kusjuures nende kehatemperatuur oli ainevahetuse iseärasuste tõttu kraadi võrra meie omast kõrgem. Lõkked olid neil ka kääbus-lõunapöögist kanuudes, millega nad kalastasid ning küttisid mereimetajaid. 1. novembril 1520 sisenes Magalhãesi ekspeditsioon väina, mille nad nimetasid Kõikide Pühakute väinaks. Praegu kannab see väin Magalhãesi väina nime. Nad tutvusid saare põhjakaldaga, mille nad arvasid olevat tundmatu lõunamandri (Terra australis incognita) põhjapiirkond. Nad läbisid väina 19 päevaga.

1555. aasta paiku kavatses hispaanlane Juan de Alderete Tulemaa vallutada, kuid nagu ka Pedro Sarmiento de Gamboa, pidi ta karmi kliima tõttu oma plaanist loobuma (külalislahked tulemaalased ei olnud eriline takistus).

17. sajandi alguses avastas hispaanlane Francisco de Hoces, et Tulemaa moodustab saarestiku. Seda kinnitasid hollandlased Cornelius Schouten ja Isaac Le Maire.