东北三省，水绕山环、沃野千里是地面结构的基本特征，土质以黑土为主，是形成大经济区的自然基础。南面是黄、渤二海，东和北面有鸭绿江、图们江、乌苏里江和黑龙江环绕，仅西面为陆界。内侧是大、小兴安岭和长白山系的高山、中山、低山和丘陵，中心部分是辽阔的松辽大平原和渤海凹陷。东北区平原面积高于全国平原面积的比重，东北平原（包括松嫩平原、辽河平原和三江平原三部分）、呼伦贝尔高平原以及山间平地面积合计，和山地面积几乎相等；东北拥有宜垦荒地约1亿亩，潜力之大国内少有。广大的山区，蕴育着丰富的森林，总蓄积量约占全国的1/3，目前仍是全国最主要的采伐基地。
《新华月报》1961年第7期：“素有林海之称的 东北 长白山、 小兴安岭 林区，解放前由于遭受 日本帝国主义掠夺式的破坏，致使二百多万公顷的原始森林，退化为稀疏低产、经济价值不高的次生林。”
受纬度、海陆位置、地势等因素的影响，东北区属大陆性季风型气候。自南而北跨暖温带、中温带与寒温带，热量显著不同，大于等于10℃的积温，南部可达3600℃，北部则仅有1000℃。
东北区矿产资源丰富，主要矿种比较齐全。主要金属矿产有铁、锰、铜、钼、铅、锌、金以及稀有元素等，非金属矿产有煤、石油、油页岩、石墨、菱镁矿、白云石、滑石、石棉等。这些资源在全国有重要的地位。分布在鞍山、本溪一带的铁矿，储量约占全国的1/4，目前仍是全国最大的探明矿区之一。松辽平原地下埋藏着丰富的石油资源，探明储量占全国50%左右。大庆油田是目前中国的最大油田，辽河油田为中国第四大油田，此外还有吉林油田，是东北区能源工业、化学工业、轻纺工业的重要基础。
总之，东北区除矿产与工业外，其土地、热量、水分、海洋、植物资源等条件，对建成为全国性的大型农业（粮豆、甜菜等）基地、林业基地、牧业基地以及渔业基地、特产基地提供了可能。