Ranh giới địa lý phía tây của vùng đông bắc còn chưa rõ ràng. Chủ yếu do chưa có sự nhất trí giữa các nhà địa lý học Việt Nam về ranh giới giữa vùng tây bắc và vùng đông bắc nên là sông Hồng, hay nên là dãy núi Hoàng Liên Sơn. Vùng đông bắc được giới hạn về phía bắc và đông bởi đường biên giới Việt -Trung. phía đông nam trông ra vịnh Bắc Bộ. phía nam giới hạn bởi dãy núi Tam Đảo và vùng đồng bằng châu thổ sông Hồng.^[1]

Đây là vùng núi và trung du với nhiều khối núi và dãy núi đá vôi hoặc núi đất. Phần phía tây, được giới hạn bởi thung lũng sông Hồng và thượng nguồn sông Chảy, cao hơn, được cấu tạo bởi đá granit, đá phiến và các cao nguyên đá vôi. Thực chất, đây là rìa của cao nguyên Vân Nam. Những đỉnh núi cao của vùng đông bắc đều tập trung ở đây, như Tây Côn Lĩnh, Kiêu Liêu Ti.^[2]

Phần phía bắc sát biên giới Việt-Trung là các cao nguyên (sơn nguyên) lần lượt từ tây sang đông gồm: cao nguyên Bắc Hà, cao nguyên Quản Bạ, cao nguyên Đồng Văn. Hai cao nguyên đầu có độ cao trung bình từ 1000–1200 m. Cao nguyên Đồng Văn cao 1600 m. Sông suối chảy qua cao nguyên tạo ra một số hẻm núi dài và sâu.^[3] Cũng có một số khu vực đồng bằng nhỏ hẹp, đó là Thất Khê, Lạng Sơn, Lộc Bình, Cao Bằng, Tà Lùng.^[4]

Phía đông, từ trung lưu sông Gâm trở ra biển, thấp hơn có nhiều dãy núi hình vòng cung quay lưng về hướng Đông lần lượt từ Tây sang Đông là vòng cung Sông Gâm, Ngân Sơn, Bắc Sơn, Đông Triều. Núi mọc cả trên biển, tạo thành cảnh quan Hạ Long nổi tiếng. Các dãy núi vòng cung này hầu như đều chụm đuôi lại ở Tam Đảo.^[2]

Phía tây nam, từ Phú Thọ, nam Tuyên Quang, nam Yên Bái, và Thái Nguyên sang Bắc Giang thấp dần về phía đồng bằng. Người ta quen gọi phần này là "vùng trung du". Độ cao của phần này chừng 100–150 m.^[5], đặc trưng của vùng Trung du là có vùng Đồng Bằng khá rộng bị chia cắt bởi gò đồi.

Vùng đông bắc có nhiều sông chảy qua, trong đó các sông lớn là sông Hồng, sông Chảy, sông Lô, sông Gâm (thuộc hệ thống sông Hồng), sông Cầu, sông Thương, sông Lục Nam (thuộc hệ thống sông Thái Bình), sông Bằng, sông Bắc Giang, sông Kỳ Cùng, v.v...

Vùng biển đông bắc có nhiều đảo lớn nhỏ, chiếm gần 2/3 số lượng đảo biển của Việt Nam (kể cả quần đảo Hoàng Sa và Trường Sa).