Табиғи-климаттық жағынан Шығыс Қазақстан бірегей аймақ болып табылады. Мұнда дала, шөл және таулы тайга ландшафтары ұштасады. Облыс аумағының солтүстік және шығыс бөліктерін жер қойнауында түсті, қымбат және сирек кездесетін металдардың бай қорлары бар Батыс, Орталық және Оңтүстік Алтайдың тау бөктерлері мен жоталары алып жатыр. Алтай тауларының оңтүстігінде Сауыр-Тарбағатай жоталарымен шектелген құрғақ Зайсан қазаншұңқыры көсілуде. Облыстың барлық оңтүстік-батыс және батыс бөлігін Қазақ ұсақ шоқылары алып жатыр. Орталық бөлігінде Қалба тауларының белестенген жазықтықтары басым. Облыстың ауа райы ауа температурасының тәуліктік, маусымдық және орташа жылдық ауытқу үлкен амплитудасымен күрт континенталды. Ең суық ай – қаңтар,ауаның орта айлық температурасы – 170 С -ден, кейбір жерлерде - 10 С-ден -230 С-ге дейін барады. Ең жылы шілде айының температурасы 17–230С. Температураның жылдық амплитудасы 33-390 С-ге тең. Жаз мезгілінде орта температураның бөлінуі таулы жерлерде биіктікке байланысты. Орта желдің бағыты 1 км-ден одан артық биік жерлерде шығысқа қарай - 20 м/сек. Желдің басымы оңтүстік-шығыс бағытында болады.
Ормандар аймақ аумағының 7,1% алып жатыр. Негізінен орман алқаптары Алтай тауларының жоталарында орналасқан. Мұнда қараңғы қылқан жапырақты ормандар жиі кездеседі. Орман аймағының төменгі белдеуінде жапырақты және аралас ормандар жиі кездеседі. Облыстың солтүстік-батысындағы таспалы қарағайлы ормандар ерекше назар аударады. Жалпы алғанда, Рудный Алтайда өсімдіктер әлемі өкілдерінің 1000-нан астам түрі бар, әртүрлі құстардың 300-ден астам түрі, сүтқоректілердің 100-ге жуық түрі мекендейді. Ормандар мен далаларда бұлан, тау ешкісі, арқар, мускус бұғы, елік, қасқыр, аю, сілеусін, ермин, қарақұйрық, бұлғын, паром, баған, түлкі, қоян кездеседі. Бұқтырма өзенінің жоғарғы ағысында Марал сақталған. Тау бөктерінде, өзендер мен көлдердің жағалауларында қабан мекендейді.
