В природно-климатическом отношении Восточный Казахстан является уникальным регионом. В нем соседствуют степной, пустынный и горно-таежный ландшафты. Северную и восточную часть территории области занимают предгорья и хребты Западного, Центрального и Южного Алтая, в недрах которого содержатся богатейшие запасы цветных, драгоценных и редкоземельных металлов. Южнее Алтайских гор простирается засушливая Зайсанская котловина, ограниченная с южной стороны Саур-Тарбагатайским хребтом. Вся юго-западная и западная часть области представлена Казахским мелкосопочником. В центральной части преобладают всхолмленные равнины Калбинских гор. Климат области резко континентальный, с большой амплитудой суточных, сезонных и среднегодовых колебаний температуры воздуха. Самый холодный месяц – январь, со средней месячной температурой воздуха от -17 0С, в некоторых местах -10 до -23 0С. Температура самого теплого месяца, июля 17-23 0С. Годовая амплитуда температуры равна 33-39 0С. Летом распределение средних температур в горах зависит от высоты. Направление среднего ветра на высотах от 1 км и более восточное - 20 м/сек. Роза ветров преобладает в юго-восточном направлении.
Леса занимают 7,1% территории региона. В основном лесные массивы расположены на отрогах хребтов Алтайских гор. Здесь распространены темнохвойные леса. В нижнем поясе лесной зоны распространены лиственные и смешанные леса. Особой достопримечательностью являются ленточные сосновые боры на северо-западе области. В общей сложности на Рудном Алтае насчитывается более 1 000 видов представителей растительного мира, обитает более 300 видов различных птиц, около 100 видов млекопитающих. В лесах и степях водится лось, горный козел, архар, кабарга, косуля, волк, медведь, рысь, горностай, ласка, соболь, хорь, колонок, лиса, заяц. В верховьях реки Бухтарма сохранился марал. В предгорьях, по побережьям рек и озер обитает кабан.
