Область занимает крайние восточные районы страны, расположенные в верховьях Колымы и ее правых притоков. Восточная ее граница проходит вблизи гребневой части горных массивов, образующих водораздел рек Северного Ледовитого и Тихого океанов. Эта линия служит важным рубежом, отделяющим предельно континентальные районы Северо-Восточной Сибири от северных областей Дальнего Востока, климат которых испытывает сильное влияние морей Тихого океана.
Рельеф и геологическое строение области очень разнообразны. Ее территория состоит из различных тектонических элементов: восточной части Олойской впадины, срединного Омолонского массива, Приомолонского прогиба и восточных районов Индигиро-Колымской синклинальной зоны.
Среди слагающих ее пород преобладают терригенные отложения верхоянского комплекса, но в Омолонском массиве широко распространены палеозойские и докембрийские породы, а на севере — эффузивы поздней юры и мела. Для многих районов характерно несоответствие складчатых геологических структур и современного рельефа, что связано с дисгармоничным проявлением молодых тектонических движений но отношению к первичным тектоническим структурам.
Южные районы области образует Верхнеколымское нагорье, средние высоты которого составляют 1000—1200 м, но отдельные гольцовые массивы достигают 2000—2500 м (пик Абориген — 2586 м). Они представляют собой отпрепарированные гранитные батолиты, приуроченные к осям мезозойских складок.
Из сильно расчлененных среднегорных массивов состоит и система Колымского нагорья, которая протягивается на юге области в северо-восточном, а затем в северном направлении и заканчивается вблизи долины Большого Анюя вершиной Гыткылай (1190 м). Большинство вершин не поднимается выше 1200—1300 м, но наиболее высокие достигают 1700— 1900 м. От водораздельного хребта к западу отходят не менее высокие боковые отроги (хребты Олойский, Уш-Урэкчэн, Конгинский и т.д.).
По своему климату область мало отличается от соседних горных областей. Однако температуры зимы здесь несколько выше, и даже в середине ее наблюдаются оттепели. Вблизи крупных населенных пунктов зимой бывают морозные туманы. Особенно выделяется в этом отношении Сеймчан, где с октября по апрель бывает до 60 дней с туманами, в том числе 18 дней в декабре и 17 в январе. Для горных районов характерны частые метели и сильные ветры, скорость которых достигает 40—50 м/сек.
Лето в межгорных долинах сравнительно теплое. Сеймчан и Эльген имеют самую высокую среднюю температуру июля во всей Северо-Восточной Сибири (15,5 и 16°), наибольшую продолжительность периода с температурами выше 10° (до 80 дней) и высокую сумму положительных среднесуточных температур воздуха (1500—1600°). В Берелехе зафиксированы случаи, когда в июле поверхность почвы днем нагревалась до 50—52°, однако ночью температура ее опускалась до 10—12°.
Годовая сумма осадков от 288 мм (Эльген) до 600—800 мм в верховьях Омолона и Верхнеколымском нагорье.
Редкостойные горные лиственничные леса занимают в Колымской области лишь нижние части склонов и речные долины. На пойменных террасах и островах некоторых рек южной половины области встречаются и густые леса из лиственницы или благовонного тополя и чозении.
Верхняя граница древесной растительности в верховьях Колымы местами достигает 1200—1300 м, на Колымо-Охотском водоразделе — 800—850 м, а в крайних северных районах проходит на высоте 300 м. Выше располагается типичный для области пояс зарослей кедрового стланика, а вершины заняты различными вариантами горных тундр, на крайнем севере нередко переходящими в холодные пустыни.
В Верхнеколымском нагорье имеются крупные месторождения рудных полезных ископаемых и расположен один из важнейших горнопромышленных районов Северо-Восточной Сибири, связанный хорошей шоссейной дорогой с Магаданом. В окрестностях Эльгена есть овощеводческие совхозы. Однако большая часть территории области еще слабо освоена и мало населена.
