La sección principal de esta sierra se extiende desde el S de la ciudad de Monterrey hasta el istmo de Tehuantepec, pero una prolongación de la misma, de E a O, llega hasta el S de Torreón, y otra se prolonga por el N de Chiapas y Guatemala. Todas estas montañas son de calizas y otras rocas mesozoicas de origen marino que comenzaron a plegarse desde fines del cretácico y principalmente durante los primeros periodos de la era cenozoica, aunque el sistema de montañas no es continuo porque factores tectónicos y de erosión han influido en ello. En la región E de México, la compresión originó pliegues más altos; en Chiapas, los pliegues son más extendidos; en el istmo de Tehuantepec, una estructura de fallas ha hundido los pliegues; en Guatemala, la erosión ha separado los Altos Cuchumatanes de la Alta Verapaz. La altitud de las montañas en la sección del S de Torreón al S de Monterrey es, en general, inferior a 2.000 m.; en la región que se extiende del S de Monterrey al istmo de Tehuantepec, es de 2.000 a 2.500 m., excepto en zonas donde el vulcanismo ha influido en la formación de edificios; es inferior a 2.000 m. en Chiapas y superior a 3.000 en los Altos Cuchumatanes.

      El clima de la sierra M. Oriental es en general templado con lluvia todo el año pero predominante en verano y otoño. Las lluvias de esas dos estaciones están relacionadas con las masas de aire húmedo de los alisios y de los ciclones tropicales, y las del invierno con los frentes fríos conocidos en la región con el nombre de «nortes»; sólo desde el S de Monterrey al S de Torreón el clima es seco estepario. La vegetación predominante es de bosques de coníferas en las montañas más altas y de bosque mixto en las laderas, especialmente en las del E. Son numerosos los nombres locales de la sierra y en algunos casos están relacionados con los pueblos que habitan en la región; como ejemplos de nombres locales pueden mencionarse las sierras de Xilitla, en San Luis Potosí; Teziutlán, en Puebla; Zongolica, en Veracruz; Huautla, Juárez, Ixtlán y Mixes, en Oaxaca; del Norte de Chiapas; Cuchumatanes y Verapaz, en Guatemala. Una de las características de la sierra M. Oriental consiste en que es la más erosionada de todas las sierras mexicanas porque es la más antigua desde el punto de vista histórico geológico.

      Las principales cuencas que se abren paso a través de estas montañas son la del río Moctezuma, incluyendo algunos de sus afluentes, cuyo curso bajo es el río Pánuco; la del río Santo Domingo, formado por el Salado o Tehuacán y el Grande o Tomellín, y que en la llanura costera se denomina Papaloapan; la del Mezcalapa, el cual aguas arriba se denomina Chiapas y aguas abajo Grijalva; y la del río Chixoy, que nace en Guatemala, y en su curso bajo se denomina Usumacinta. Además, son muy numerosos los ríos que nacen en las laderas de la sierra M. Oriental y corren por la llanura costera del golfo de México: Tuxpan, Tecolutla, Nautla, Coatzacoalco, etc., así como los afluentes del Papaloapan, Grijalva y Usumacinta. En la sierra habitan muchos pueblos indígenas: huaxteco, en San Luis Potosí; totonaco, en Puebla; nahuatl, en Hidalgo, Puebla y Veracruz; mazateco, chinanteco, zapoteco y mixe, en Oaxaca; tzeltal y tzotzil, en Chiapas; mame, ixil, aguacateca y quekchí, en Guatemala.