El rasgo predominante del territorio es su vasta planicie de suave inclinación general hacia el sureste en la que irrumpen antiguas serranías formadas durante la orogenia de la era primaria y remodeladas como consecuencia de los fuertes empujes de la orogenia andina sobre el macizo de Brasilia.

La diagonal fluvial que forman los ríos Salado y Dulce coincide con el área donde se concentra la población y las actividades económicas.
Este mediterráneo e histórico corredor de tránsito se extiende en las subregiones del Chaco Occidental, nordeste de la provincia y de la Diagonal Fluvial, casi todo el resto del territorio, contenidas en la Región Chaqueña un área pequeña de la subregión de las Sierras y Pampas Altas de la región de las Sierras Pampeanas.

En la primera, la horizontalidad y la suave inclinación del territorio provocan que el desagüe de los cursos de agua sea indeciso, y por lo tanto inundan las planicies bajas, formando los característicos bañados.
Estos suelos no carecen de fertilidad y son predominantemente arenosos y arcillosos.
En general, el territorio santiagueño es una gran llanura cruzada por los Ríos Salado y Dulce, que la dividen en tres sectores; al este los bosques de madera dura, al oeste el desierto salino y entre los ríos mencionados una zona cubierta en gran parte de esteros.

Al oeste orográficamente, está constituida por la sierra de Guasayán y en su extremidad meridional, de escasa altura, la sierra Mogotes Colorados, desprendimientos de las sierras Tucumanas.
Las estribaciones de las sierras cordobesas penetran en esta provincia por el sur, como sierras de Ambargasta y Sumampa.

El paisaje pantanoso, de esteros y bañados, ciénagas, constituye un rasgo característico del medio biofísico de la provincia.
Una red de diques y represas acopian caudales fluviales que se destinan, mediante canales de derivación e intercomunicación, al sostén de las prácticas agrícolas y ganaderas y a la generación de energía que abastece al 30% de la demanda energética de la provincia.

Las extensas salinas, adolecen además de la insuficiencia de recursos hídricos de un escurrimiento superficial dificultoso, lo que crea una geografía de condiciones estrictas para el asentamiento humano y el desarrollo agropecuario.

Cuenta con un centro de atracción turística invernal, las Termas de Río Hondo, famosas por las propiedades de sus aguas termales.
Estas eran conocidas en la antigüedad con el nombre de Aguas del Sol.
Las fuentes termales de Inti Yacu, Supay Yacu, Toro Yacu y Agua Santa, son recomendadas para aquellos que padecen reumatismo, ginecopatías, dispepsias, artritis crónica, ciática, cardiopatías, etc. Otras fuentes alumbran en San Pedro, en el límite con Tucumán.