Рельеф территории весьма разнообразен. Север занят плоскими низменными равнинами. Лишь на полуострове Таймыр находятся невысокие горы Бырранга.
В центре территории, в междуречье Лены и Енисея, расположено Среднесибирское плоскогорье со ступенчатым рельефом. На юге округа поднимаются горы Южной Сибири (Алтай, Кузнецкий Алатау, Саяны, хребты Предбайкалья и Забайкалья и др.). Это складчато-глыбовые молодые горы. Тектонические движения здесь продолжаются и в настоящее время, о чем свидетельствуют довольно частые и сильные землетрясения.
В горах преобладает эрозионный рельеф. На вершинах средневысоких хребтов распространены плоские участки. Для Алтая, Саян, Станового нагорья типичен альпийский высокогорный рельеф. В горах Алтая находится высшая точка Сибири – гора Белуха (4506 м). Ее вершины покрыты вечными снегами и ледниками. В горах находится множество различных по величине и высотному положению межгорных котловин. Кузнецкая, Минусинская, Тувинская, Байкальская – крупнейшие из них. Немало более мелких котловин находятся в горах Алтая и Забайкалья.
В горах берут начало крупнейшие реки округа: Енисей и его притоки, притоки Лены, Оби, левый приток Амура – Шилка. Главная река округа – Енисей. Образуясь от слияния Большого и Малого Енисея, он протекает по Тувинской котловине под названием Верхний Енисей, прорезает Западный и Восточный Саяны, затем течет по границе Западно-Сибирской равнины и Среднесибирского плоскогорья. На реке много порогов (Казачинский, Осиновский и др.). В низовьях он разбивается на рукава и впадает в Карское море. На всем протяжении Енисей принимает множество притоков и является самой многоводной рекой России.
Все реки округа имеют преимущественно снеговое и дождевое питание. В некоторые реки поступает вода от таяния ледников. Для рек региона характерно весеннее половодье, летние паводки и ранний ледостав. В округе много озер, но жемчужиной является озеро Байкал – глубочайшее озеро мира. Его максимальная глубина – 1637 м. Прозрачность и чистота воды, необыкновенная красота берегов оставляют неизгладимое впечатление. В озере заключен огромный запас пресной воды. В него впадает множество больших и малых рек, самая крупная из которых – Селенга. Вытекает же из Байкала лишь одна Ангара – приток Енисея. Необыкновенно богат и разнообразен органический мир Байкала. Более 70% обитателей озера не встречаются ни в одном из водоемов планеты. Здесь водятся и типично морские животные: тюлень, байкальская нерпа. Промысловое значение имеют хариус, налим и, конечно, знаменитый байкальский омуль.
На северо-востоке Алтая расположено красивейшее Телецкое озеро. Его вода отличается удивительной чистотой и прозрачностью. Изумительны по красоте окрестности озера.
На территории региона созданы крупнейшие водохранилища: Братское, Саяно-Шушенское и др.
В пределах округа с севера на юг последовательно сменяются широтные природные зоны тундры, лесотундры, тайги, лесостепи и степи. В горах Южной Сибири четко выделяется высотная поясность.
Климат на территории округа суровый, меняется с севера на юг от арктического и субарктического до резко континентального. Зимой здесь ясная морозная сухая погода. Летние температуры колеблются от +7°С на севере до +19°С в центре округа. Огромная масса воды озера Байкал также оказывает влияние на климат прибрежных районов, приближая его к морскому. Средние температуры января составляют здесь всего –15°С, а июля +16°С. Такая годовая амплитуда температур не характерна для Сибири.
В горах южной Сибири средние температуры января достигают –27°С, а в котловинах даже –35°С. Но летом в котловинах гораздо теплее (+19°С), чем в высокогорьях (+7°С).
Наибольшее количество осадков (1500 мм в год) выпадает на наветренных склонах Алтая, Кузнецкого Алатау и Западного Саяна. Сюда доходят влажные воздушные массы Атлантического океана. На востоке годовая сумма осадков уменьшается до 600–800 мм.
Суровый климат и маломощный снежный покров ведут к глубокому промерзанию грунтов, поэтому здесь распространена многолетняя мерзлота: на севере сплошная, на юге – островная.

В состав округа входят: РеспубликиАлтай, Бурятия, Тыва, Хакасия, края Алтайский, Забайкальский, Красноярский, области Иркутская, Кемеровская, Новосибирская, Омская, Томская.

Округ протягивается от берегов Северного Ледовитого океана до южных границ России с Казахстаном, Монголией и Китаем. Значительная часть округа расположена за Северным полярным кругом.