黄土高原型地质环境分区，主要分布在陕西北部、甘肃东部、青海东部和宁夏南部，为沟、壑、梁、峁、塬地貌。黄土厚度一般不足200m，不同地区其基底岩性不同，有古生代碳酸盐岩，中、新生代的砂岩、泥岩等，主要分布于高原周边及沟壑中。黄土高原位于半干旱气候区，年降水量一般小于400mm，相对于西部干旱区，湿润度尚有利于自然植被恢复。历史上的过渡开垦，使原有的阔叶林已遭破坏，次生林保留的也不多。目前，仍有许多地方进行陡坡垦荒，成为水土流失严重区。水资源不足是黄土地区生态环境恶劣的主要因素，也是制约生态环境改善的一个至关重要的因素。区内地下水的赋存状态主要受构造和地貌条件的控制：在基岩隆起的山地，一般为基岩裂隙水、碳酸盐岩岩溶裂隙水，而在山前和盆地内一般为第四纪沉积物砂砾石潜水-承压水、中新生界碎屑岩类砂岩孔隙水。碳酸盐岩岩溶裂隙水主要存在于渭北台塬南部、甘肃平凉一带。岩溶地下水位标高在380～800m之间。在广大黄土覆盖的地区存在有黄土潜水，由于地形切割强烈、沟壑纵横、降水入渗条件差，形成地表径流就近排泄于沟谷之中，地下水水位埋深大于80m，仅在冲沟的洼地中有少量地下水，单井出水量小于10m3/d，这在极端缺水的地区是唯一的人畜饮用水源。六盘山以东黄土高原和陕北黄土高原南部为黄土塬区，黄土层厚度在100～200m之间，含水层主要位于中更新统黄土的古土壤及古钙结核及与第三系红层接触的界面中，埋深和富水性与塬面大小有关，塬面越大，埋深越浅，富水性越好，可作为当地人畜饮水及少量浇灌用水水源。陕北的油气、煤产地大多处于干旱缺水、水土流失严重区，矿山的开采活动，过渡使用有限的水资源，造成地下水位下降，致使水资源矛盾更为突出，生态环境问题已成为制约地区经济发展的主要因素。
本区的地质灾害主要为水土流失、土地沙化、滑坡、崩塌、泥石流等。陕西府谷—佳县、吴堡—白于山区无定河流域，甘肃陇西中部、渭河流域、祖历河流域、临洮一带和陇东，宁夏彭阳、预旺和西吉葫芦河以西黄土丘陵地区、固原县清水河以东和西吉县北部，内蒙古鄂尔多斯市的准格尔旗、东胜市东部，呼和浩特市的清水河县和林格尔县南部，为水土流失强烈、中强发育区。仅陕、甘两省每年因水土流失而输入黄河的泥沙量达13×108t，大约占黄河泥沙量的80%。大量的泥沙加剧了黄河河床地质环境的恶化。而陕西米脂—延安、铜川、蓝田、宝鸡为滑坡、崩塌强烈发育区，青海西宁-民和盆地为泥石流、滑坡、崩塌强烈发育区。
黄土高原区的主要矿产有石油天然气、煤炭和非金属矿产。油田主要有庆阳、靖边、安塞、吴旗、延川、富县等油田。大型煤矿主要有甘肃窑街煤矿、华亭煤矿，陕西渭北铜川—韩城煤矿(王石凹、焦坪、东坡、陈家山、下石节、黄陵店头等煤矿)，以及神木县大柳塔、活鸡兔、哈拉沟、石圪台、榆家梁等煤矿，内蒙古的马家塔、补连塔、上湾等煤矿等。非金属矿产主要为水泥用灰岩类、水泥配料用黄土等，大型矿山有陕西耀县宝鉴山石灰岩矿、五台山黄土矿，铜川市崖窑沟石灰岩矿、库当沟黄土矿，甘肃永登县大闸子水泥用灰岩矿、平凉市三道沟石灰岩矿。