По своему рельефу область обычно делят на три района: на северо-востоке — Донецкий кряж, на юге — Приазовская возвышенность, в приморских районах — береговая равнина. Донецкий кряж пересечен многочисленными балками, оврагами и долинами рек и несколько приподнят над прилегающей равниной. В ряде мест песчаники образуют возвышения.
Все реки Донетчины, которые текут в Азовское и Черное моря, относятся к бассейнам рек Дона, Днепра и Азовского моря и берут начало от главного водораздела — Донецкого кряжа, а также от Приазовской и Средне-Русской возвышенностей и Придонецкого плато.
Самая крупная и полноводная река — Северский Донец, имеющая длину 1053 км. За ним идут Миус протяженностью 258 км, Кальмиус, впадающий в Азовское море, — 209 км, Грузский Еланчик — 91 км.
На юге Донецкая область омывается неглубоким (средняя глубина всего 7,2 м) Азовским морем.
Донецкая область богата флорой и фауной. В степях произрастает более 1500 видов различных растений. По долинам рек, а также в байраках, балках, на крутых склонах, вокруг некоторых населенных пунктов растут леса. В большинстве районов имеются искусственные насаждения — лесополосы.
Отметим также, что Донетчина относится к малолесным областям Украины: большие лесные массивы раскинулись только по территории Краснолиманского и Славянского регионов.
Суммируя все вышесказанное, можно сделать немаловажный вывод: географически Донбасс — типично степной регион, тотально урбанизированный на рубеже XIX–XX веков. Здесь нет обширных лесных массивов, нет и отдельно стоящих хуторов. Соответственно любая вооруженная оппозиция может осуществляться исключительно в виде подпольной борьбы.
Почти срединное положение между экватором и полюсом обеспечивает региону большое количество тепла. В то же время принадлежность этого края к западной части континентальной степной области делает его климат умеренно континентальным с ярко выраженными временами года, со значительной разницей зимних и летних температур. Среднеянварская температура воздуха составляет минус 4–6 градусов, а в центральной части Донецкого кряжа она опускается до минус 7–8 градусов. В наиболее холодные зимы минимальная температура составляет минус 36 градусов, порою — до минус 40. В связи с частыми вторжениями теплых воздушных масс с запада морозы часто сменяются оттепелями.
Максимальная температура летом достигает плюс 38–40 градусов, а средняя температура июля — в пределах плюс 21–23 градуса. Среднегодовая температура составляет плюс 7–8 градусов.
