全流域总的地势是西北高东南低，大致分高原、山地及平原三种地貌类型。西部为山西高原和太行山区，北部为蒙古高原和燕山山区，面积18.94万k㎡，占60％；东部和东南部为平原，面积12.84万k㎡，占40％。

海河流域包括海河、滦河和徒骇马颊河3大水系、7大河系、10条骨干河流。其中，海河水系是主要水系，由北部的蓟运河、潮白河、北运河、永定河和南部的大清河、子牙河、漳卫河组成；滦河水系包括滦河及冀东沿海诸河；徒骇马颊河水系位于流域最南部，为单独入海的平原河道。

各河系分为两种类型：一种是发源于太行山、燕山背风坡，源远流长，山区汇水面积大，水流集中，泥沙相对较多的河流。另一种是发源于太行山、燕山迎风坡，支流分散，源短流急，洪峰高、历时短、突发性强的河流。历史上洪水多是经过洼淀滞蓄后下泄。两种类型河流呈相间分布，清浊分明。

流域属于温带东亚季风气候区。冬季受西伯利亚大陆性气团控制，寒冷少雪；春季受蒙古大陆性气团影响，气温回升快，风速大，气候干燥，蒸发量大，往往形成干旱天气；夏季受海洋性气团影响，比较湿润，气温高，降雨量多，且多暴雨，但因历年夏季太平洋副热带高压的进退时间、强度、影响范围等很不一致，致使降雨量的变差很大，旱涝时有发生；秋季为夏冬的过渡季节，一般年份秋高气爽，降雨量较少。流域年平均气温在1.5～14℃，年平均相对湿度50％～70％；年平均降水量539mm，属半湿润半干旱地带；年平均陆面蒸发量470mm，水面蒸发量1100mm。

海河流域人口密集，大中城市众多，在我国政治经济中的地位重要。流域内有首都北京、直辖市天津，以及石家庄、唐山、秦皇岛、廊坊、张家口、承德、保定、邯郸、邢台、沧州、衡水、大同、朔州、忻州、阳泉、长治、安阳、新乡、焦作、鹤壁、濮阳、德州、聊城等25座大中城市。1998年流域总人口1.22亿，占全国的近10％，其中城镇人口3365万，城镇化率28％。流域平均人口密度384人/k㎡，其中平原地区608人/k㎡。

1998年流域国内生产总值（GDP）9674亿元，占全国的12％，人均GDP7922元，高出全国平均水平（6270元）的四分之一。工业总产值1.37万亿元。海河流域具有发展经济的技术、人才、资源、地理优势。