顿涅茨克州大部为波状起伏平原，东北部为顿涅茨山地(最高点海拔350米)。

有著名的顿巴斯煤田。温带大陆性气候，1月平均气温-8--5℃， 7月21-23℃。

年降水量450-500毫米。主要河流有北顿涅茨河、卡利米乌斯河。土壤为黑土，草原已开垦。煤炭、冶金、机械、化学工业是其经济的四大支柱。