Este macizo montañoso, donde predomina el color rojo del hierro contenido en su suelo, es uno de los parajes más intrincados de la geografía de Cuba.
Sus elevaciones están compuestas por diversos tipos de rocas, fundamentalmente ígneas y metamórficas, cubiertas en algunos lugares por rocas sedimentarias como las calizas. Se cree que este grupo orográfico se formó por la erosión de una primitiva meseta, cuyo resto más conocido es el Yunque de Baracoa. Otras versiones señalan que primero surgieron dos cúpulas: en la occidental se formó la Sierra del Cristal y en la oriental las Cuchillas del Toa y de Baracoa.
El relieve de esta región está formado por conjuntos montañosos de poca extensión y con diferente orientación y altura, que alternan con profundas depresiones.
En su parte norte y central abundan las precipitaciones, mientras una gran sequedad afecta la porción sur, cerca de la costa del Caribe. En esta zona ocurre el mayor contraste climático de Cuba.
Las frecuentes lluvias y las características del relieve determinan la existencia de muchas corrientes fluviales, generalmente cortas, con valles profundos y aguas muy rápidas, que forman saltos al bajar de las montañas y poseen caudales estables durante todo el año, como por ejemplo el río Toa. Estos ríos constituyen un importante recurso para la producción de energía eléctrica. En este paisaje son típicos los suelos rojos, con un alto contenido de hierro. La flora característica es la de bosque, que varía desde los pinares de la Sierra de Nipe hasta el bosque tropical húmedo que crece en áreas de Baracoa, con gran riqueza de árboles maderables. En los territorios más intrincados de estas montañas, con tupida vegetación, viven muchos animales, algunos de los cuales ya no existen en otros lugares del pais, como el almiquí y el carpintero real, este último se considera extinguido.
Además de los recursos forestales, hídricos y de los importantes cultivos de café y cacao, en estas montañas se encuentran grandes riquezas minerales, principalmente de níquel en Moa y Nicaro. A la franja septentrional de este territorio se le conoce con el nombre de zona de desarrollo minerometalúrgico del norte de Holguín, y es el principal centro económico de este tipo en la isla.
Otra actividad importante en estas alturas es la repoblación forestal, que permite la siembra de arboles donde éstos habían sido talados.
En la costa norte de esta región se abren varias bahías, entre ellas las más importantes son la de Baracoa y la de Sagua de Tánamo; en el litoral meridional, entre Maisí y Guantánamo, se extiende una costa árida, seca, con grandes comarcas desérticas. En la desembocadura de los ríos, se forman verdaderos oasis de grandes bellezas naturales, contrastando el color verde del follaje con los pedregales circundantes.