Środowisko przyrodnicze Region zajmuje obszar 1215 km², długi na ok. 52 km i szeroki na 20–32 km. Od północy graniczy z Garbem Tarnogórskim, od wschodu z Pagórami Jaworznickimi, od południa z Równiną Pszczyńską i Płaskowyżem Rybnickim, a od zachodu z Obniżeniem Bojszowa. Zachodnia część Wyżyny Katowickiej jest odwadniana przez Bierawkę i Kłodnicę w zlewni Odry, cieki wschodniej części spływają przez Brynicę i Czarną Przemszę do Wisły.
Ukształtowanie terenu i struktura podłoża są zróżnicowane. Występują tutaj zarówno wypietrzenia zrębowe w postaci płaskowyżów czy wzgórz, jak i obniżenia zapadliskowe w formie kotlin. Budulcem skalnym są łupki i piaskowce wieku karbońskiego z pokładami węgla kamiennego, a także wapienie i dolomity wieku triasowego, w warstwie wierzchniej miejscowo zalegają też osady polodowcowe z okresu zlodowaceń czwartorzędowych.
Jerzy Kondracki, opierając się na geomorfologicznej syntezie Wyżyny Śląskiej autorstwa Sylwii Gilewskiej, wydzielił w obrębie Wyżyny Katowickiej cztery mikroregiony: Płaskowyż Bytomsko-Katowicki, Zrąb Mikołowski, Kotlinę Mysłowicką i Wysoczyznę Dąbrowską.