沅江流域南北长、东西窄，略呈自西南斜向东北的矩形，地势上跨越我国第二、第三级阶梯，大部分区域为山地丘陵地区，上游分布有苗岭山脉，两侧分布有武陵山、雪峰山两大山脉。流域总体地势西部、南部和西北部高，东部、东北部低，海拔差异较大，上游海拔1000～2000m，河口区海拔仅30～40m。沅江流域属亚热带季风气候区，冬季气候干燥、寒冷、少降水，夏季温高、湿重、多雨。年均气温14.3～17.2℃，上游气温较低，中下游气温较高，有自西向东递增的趋势。沅江是一条典型雨洪河流，年均降水量1090～1506mm，降水量年内分配不均，4～8月占全年的66%，12～2月仅占9%。年均蒸发量1023～1411mm，年均风速0.7～2.4m/s，以北风、东北风为主，实测最大风速26.0m/s。沅江流域在大地构造上跨扬子准地台和华南褶皱带两大构造单元，褶皱和断裂构造较发育。流域地震活动不强烈，处于构造稳定性好的地段。50年超越概率10%地震动峰值加速度多≤0.05g，相应地震基本烈度为≤VI10度；河口常德附近区域地震动峰值加速度为0.10g～0.15g，相应地震基本烈度为Ⅶ度。 沅江流域涉及贵州省、湖南省、湖北省和重庆市的63个县（市、区）。2010年流域总人口1485万人，平均城镇化率34%。其中，湖南省917万人，占流域总人口的62%；贵州省431万人，占33%；重庆市99万人，占5%；湖北省38万人，占3%。贵州省黔南自治州4：都匀市、贵定县、福泉市、瓮安县；黔东南自治州15：镇远县、凯里市、黄平县、施秉县、雷山县、麻江县、台江县、丹寨县、黎平县、榕江县、锦屏县、剑河县、三穗县、天柱县、岑巩县；铜仁市7：碧江区、江口县、玉屏县、石阡县、万山区、印江县、松桃县；湖北省恩施自治州3：宣恩县、咸丰县、来凤县；湖南省怀化市12：会同县、靖州县、通道县、洪江市、鹤城区、中方县、新晃县、芷江县、辰溪县、麻阳县、溆浦县、沅陵县；湘西自治洲8：泸溪县、凤凰县、保靖县、永顺县、龙山县、吉首市、花垣县、古丈县；邵阳市5：绥宁县、新宁县、城步县、隆回县、洞口县；张家界市3：桑植县、永定区、慈利县；常德市4：武陵区、鼎城区、桃源县、石门县；重庆市2：秀山县、酉阳县。

沅江流域大多为贫困山区，少数民族分布较广，城镇化水平普遍较低。沅江流域除下游尾闾地区的常德市属湖南省“3+5”城市群一体化范围内而经济发展水平相对较高外，其他地区大多属于贫困山区，经济发展相11对滞后。据统计，2010年沅江流域地区生产总值为2038亿元，人均地区生产总值约13722元/人。流域地区生产总值份额中，湖南省占的比重最大，约占67%；贵州省其次，约占25%；重庆市和湖北省分别占6%和2%。 2010年，沅江干流中下游水体水质良好，除武水汇合口断面总磷超标，水质为Ⅳ类外，其余各断面水质均为Ⅱ、Ⅲ类。上游受磷化工生产影响，沅江上游水体污染较严重，部分断面水质为Ⅴ类和劣Ⅴ类，主要污染物为总磷和氨氮。清水江支流重安江的重安江大桥和风山桥断面水质为劣Ⅴ类，主要污染物为总磷和氟化物。支流水、酉水、渠水、巫水、辰水、锦江和武水总体水质较好，除酉水花垣河支流松桃县木溪断面氨氮超标，水质为Ⅳ类外，其余各断面水质均为Ⅱ、Ⅲ类。