平均海拔在900—1000米，盆地面积近2000平方公里，盆地地形东高西低，南高北低。大致呈北东—南西向展布，南北长约80公里，东西宽约30—40公里。属浊漳河流域，包括了整个浊漳河南源与部分浊漳河西源。年平均降雨量550—600毫米，是山西各盆地降雨的高值区，也是山西秋粮和小麦的主要产区。盆地东部为潞安断层，边缘洪积扇不太发育，盆地中部为第四纪堆积物，其下有中更新统褐红色粘土和亚粘土，夹钙核及下更新统泥河湾层湖相沉积。盆地内河流曲折，地面波状起伏，地下水埋藏较深。由于盆地内地下水系众多，河流纵横交错，因此长治盆地成为华北地区为数不多的富水区之一。