Dans la partie nord-est, sur les rives des légendaires fleuves ukrainiens Dniepr et Don, la région de Kharkiv est étendue. Il occupait 31 418 km2 et devint le quatrième plus grand du pays. Situé dans les zones de steppe et de forêt-steppe, il est limitrophe de plusieurs régions ukrainiennes (Donetsk, Lougansk, Poltava, Soumy et Dnepropetrovsk), ainsi que la région russe de Belgorod. Le relief ici est principalement plat, avec de légères pentes au sud-ouest et au sud-est vers les bassins fluviaux. Au nord-est, la région occupe une partie des hautes terres de la Russie centrale et au sud, une partie de la crête de Donetsk.

Le célèbre canal Dniepr-Donbass traverse le territoire de la région et du gaz de schiste est produit à la frontière avec la région de Donetsk (champ de Yuzovskoye). La rivière Don est le principal fournisseur de toutes les ressources en eau de la région (à 75%) La zone regorge de grands et petits réservoirs, ce qui a conduit à la création d’environ 50 réservoirs, dont les plus grands sont Pechenezhskoye, Krasnopavlovskoye et Oskolskoye. Les plus grands plans d’eau comprennent les rivières Bereka, Oskol, Udy et le lac Liman.