黃土高原在800萬年前曾是一片湖泊，經過千萬年的風沙堆積，湖水乾枯，黃土漸漸的累積成了高原。[3] 黃土顆粒細，土質鬆軟，含有豐富的礦物質養分，利於耕種，盆地和河谷農墾歷史悠久，是中國古代文化的搖籃。但由於缺乏植被保護，加以夏雨集中，且多暴雨，在長期流水侵蝕下地面被分割得非常破碎，形成溝壑交錯其間的塬、墚、峁、川。氣候較為乾旱，降水集中，植被稀疏，平坦耕地不到10%，絕大部分耕地分佈在10°∼45°的斜坡上。地塊狹小分散，不利於水利化和機械化。水
土流失嚴重。黃河每年經陝縣下洩的泥沙約16億噸，其中90%來自黃土高原，隨泥沙流失的氮、磷、鉀養分約3000餘萬噸，這也是導致黃河下游泥沙堆積，形成地上河的原因之一。綜合治理黃土高原是中國改造自然工程中的重點項目之一，治理方針是以水土保持為中心，改土與治水相結合，治坡與治溝相結合，工程措施與生物措施相結合，實行農林牧綜合發展，這種治理措施已取得了重大成績。
黃土高原礦產豐富,煤、石油、鋁土儲量巨大，是中國重要的能源、化工基地。黃土高原位於大陸腹地，氣候較乾旱，降水不多且集中，蒸發強烈，水源短缺。涇陽、富平、蒲城一帶畝均不足100立方米。由於季風氣候的影響，降水的年變率大，年內分配不均。因此，地表徑流的年際變化大，年徑流變差係數cv值在0.4以上，徑流的年內分配集中，汛期(7～10月)徑流量佔年徑流量的60～70%以上，甚至集中於幾場大暴雨中，形成豐水年雨澇洪災，少水年乾旱缺水。黃土丘陵溝壑區輸沙模數達20000～30000噸/年·平方公里，
窟野河下游最大年輸沙模數在40000噸/平方千米以上，最大含沙量高達1700千克/立方米。黃土高原地表水的天然水質良好，大部分地區屬重碳酸鹽水，礦化度低，適宜於工農業用水及人畜飲用水。唯在定邊西北部、蘆河及大理河上游、洛河上游等地有小範圍的氯化物水及硫酸鹽水，礦化度大，不宜於灌溉飲用。黃土高原地下水主要分佈在高原北部邊緣的風沙灘地區，地下水資源量為11.76億立方米，可開採量6.43億立方米。在廣大的黃土區及丘陵山區地下水非常貧乏。黃土高原的地區屬溫帶季風氣候區的邊緣，大陸性和季風不穩定性更加突出，全年總雨量少，65%的雨水集中在夏季，降水的強度大，往往一次暴雨量就佔全年雨量的30%，甚至更多，是造成黃土高原水土流失的原因之一。高原日照充足，高原從西北向東南，年均溫度在8至14℃，無霜期為120至200天，屬暖溫帶。黃土高原的水系是以黃河為骨幹，發源於黃土高原的河流約有200條(參看小流域)，為黃河中游主要集水區域。較大的河流有渭河、汾河、洮河、祖厲河、清水河、北洛河、黃甫川、窟野河、無定河等，那裡的河流水量不豐，年徑流量只有185億立方米(黃河干流除外)，河流受汛期影響較嚴重，洪峰急漲急落，汛期水量佔全年水量的7%以上，高原淺層地下水貧乏，大部分地區地下水的埋藏很深，多在60～70米以下。
