Поверхность Донбасса — волнистая равнина. Наибольшие высоты её (до 367 м) находятся в пределах Донецкого кряжа. Главные реки: Северский Донец, Дон, Кальмиус, Самара.

Плотность населения Д. у. б. достигает (1970) 144 чел. на 1 км2 (Донецкая, Ворошиловградская области); городское население составляет 86%. Важнейшие города: Донецк, Ворошиловград, Лисичанск, Горловка, Макеевка, Краматорск, Кадиевка, Константиновка, Шахты и др. По насыщенности ж.-д. сетью территория Донбасса занимает 1-е место в СССР.

Геологический очерк. Первые сведения о геологическом строении бассейна относятся к началу 18 в. и связаны с экспедицией петровской Берг-коллегии во главе с известным рудознатцем Г. Г. Капустиным. В 1864—69 была создана первая геологическая карта западной части бассейна в масштабе 10 вёрст в 1 дюйме. В 1892 Геологический комитет приступил к систематическому изучению геологии Д. у. б. с составлением геологической карты в масштабе 1: 42 000. Эти работы были проведены под руководством Ф. Н. Чернышёва, Л. И. Лутугина и Н. О. Лебедева.

За годы Советской власти проведена геологическая съёмка основных угленосных районов в масштабах 1:5000 и 1:25 000, выполнены геофизические и гидрогеологические исследования, составлена геолого-углехимическая карта и проведены работы по изучению геологии бассейна.

В 1932 П. И. Степановым была выдвинута гипотеза о том, что известная до того времени область распространения угленосных отложений (Старый Донбасс) является лишь частью крупного угольного бассейна — Большого Донбасса, простирающегося на В. до предгорий Северного Кавказа и Сальских степей, на З. почти до района Киева и Нежина и на С. — до границы с Курской магнитной аномалией. Результаты работ подтвердили гипотезу П. И. Степанова и привели к резкому расширению границ промышленной угленосности. В 1950-х гг. были установлены и разведаны новые углепромышленные районы.

В геологическом строении Д. у. б. принимают участие главным образом осадочные породы палеозоя и мезозоя, залегающие несогласно на кристаллических породах докембрийского возраста. Местами толща осадочных пород прорвана кислыми и основными магматическими породами верхнедевонского, пермско-триасового и юрского возраста. Самыми древними осадочными породами являются песчано-глинистые отложения с прослоями известняков верхнедевонского возраста (мощность до 600 м). Местами девонские отложения отсутствуют и на кристаллическом фундаменте залегают отложения каменноугольной системы, представленные всеми тремя отделами: нижним (C1), средним (C2) и верхним (С3). Общая мощность отложений каменноугольной системы в центральной, осевой части бассейна достигает 18 км, последовательно уменьшаясь в обе стороны от оси и особенно к западной части бассейна до 3—6 км. Нижняя часть разреза каменноугольной системы представлена массивными известняками, выше, до границы с пермской системой, следует огромная толща перемежающихся песчаников и сланцев с подчинёнными пластами угля (различной мощности) и известняков. На отложениях каменноугольной системы без перерыва и несогласия в северо-западной части бассейна залегают пермские отложения мощностью до 3000 м. В нижней части их выделяются три толщи (снизу вверх): медистых песчаников, гипсово-доломитовая и соленосная; к верхней перми предположительно относят несогласно залегающую на породах нижней перми пестроцветную песчано-конгломератовую толщу. Мезозойские отложения налегают с размывом и несогласием на различные горизонты палеозойского разреза и представлены всеми тремя системами — триасовой, юрской и меловой. Кайнозойские отложения представлены палеогеновой, неогеновой и антропогеновой системами. Преобладают рыхлые отложения палеогена (пески, глины, мергели, опоки общей мощностью до 450 м), включающие местами залежи бурого угля и неогена (жёлтые пески с пластами огнеупорных глин).

Д. у. б. представляет собой крупный синклинорий, расположенный между Воронежской антеклизой и Украинским кристаллическим массивом. Начало образования бассейна относится к позднему девону, когда преобладали нисходящие движения, ритмично чередовавшиеся с восходящими. Современный структурный план бассейна сформировался под воздействием герцинского тектогенеза со значительно более слабыми проявлениями тектонических движений в мезозойское время.

Д. у. б. относится к числу политипных: Старому Донбассу присущи черты угольных бассейнов геосинклинального типа; к З. от Красноармейска и к С. от Ворошиловграда появляются признаки переходного и платформенного типов угольных бассейнов. В пределах Старого Донбасса основным структурным элементом является Главная антиклиналь, протягивающаяся вдоль линии Горловка—Горная. С севера к ней примыкает Главная синклиналь, разделённая поперечным поднятием на Бахмутскую и Садкинскую котловины, с Ю. — Кальмиус-Торецкая котловина с её восточным замыканием — Чистяковской синклиналью и расположенной восточнее упомянутого поднятия — Шахтинско-Несветаевской синклиналью; каждая из этих региональных геологических структур осложняется структурами местного значения. На прилегающих к Украинскому и Воронежскому кристаллическим массивам склонах, а также между Артёмовском и Павлоградом породы каменноугольной системы образуют куполовидные складки, западнее Павлограда и в районе Старобельск—Миллерово они имеют моноклинальное пологое, почти горизонтальное залегание. На площади бассейна широкое развитие имеют сбросы и надвиги различной амплитуды (особенно в северной части Старого Донбасса).

Угленосность. Пласты и прослои углей характерны для всего разреза каменноугольной системы, для отложений верхнего палеогена и нижнего неогена северо-западной части бассейна. Пласты углей каменноугольной системы располагаются через каждые 20—40 м друг от друга; в восточной части бассейна — через 100 м. Общее количество пластов и прослоев в нижнем отделе каменноугольной системы около 100, в среднем — 200 и в верхнем — 15. Преобладающая часть рабочих пластов имеет мощность от 0,6 м до 1,0 м. В Д. у. б. распространены все основные марки каменных углей: длиннопламенные (Д), газовые (Г), жирные (Ж), коксовые (К), отощённые спекающиеся (ОС), тощие (Т), полуантрациты (ПА) и антрациты (А), а также переходные от бурых углей к длиннопламенным. Петрографический состав углей довольно однороден. Уголь относится к классу гумитов, содержащих иногда небольшие сапропелево-гумусовые прослои. Для углей нижнего отдела каменноугольной системы характерны тонкие прослои липто-биолитов. Угли являются высококачественным топливом. Средняя теплота сгорания товарного рабочего топлива 5200—6000 ккал/кг. Угли малофосфористые, малосернистые в западной и высокосернистые в северной частях бассейна. Эксплуатация большинства пластов углей сопровождается выделением газов, в том числе метана; по мере увеличения глубины газообильность, как правило, увеличивается.

Кроме угля, Д. у. б. богат и др. полезными ископаемыми: в северо-западной части имеется ряд месторождений природного газа (в том числе очень крупное — Шебелинское), в районе Артёмовска и Славянска разрабатываются месторождения каменной соли; в западной части Главной антиклинали — крупное Никитовское сурьмяно-ртутное месторождение; в Лисичанском районе и у Славянска — залежи мела (для содовой промышленности); в Амвросиевском и др. районах — меловые мергели (для получения цемента). Имеются флюсовые известняки и доломиты (главным образом в Волновахском и Старобешевском районах), кварциты, огнеупорные глины и формовочные пески, песчаники, известняки и кристаллические породы, используемые для промышленного и жилищного строительства, и минеральные краски.

Экономико-географический очерк. Первые угольные копи промышленного значения были открыты с целью обеспечения топливом Луганского металлургического завода, построенного в 1795—97. Однако он вскоре был закрыт и выплавка чугуна на каменном угле возобновилась только в 30-х гг. 19 в.; из-за отсутствия транспорта и по др. причинам до 60-х гг. добыча была незначительной: за 1796—1806 добыто всего 40 тыс. т угля; в 1860 — около 100 тыс. т, в 1870 — 250 тыс. т. Резкое увеличение добычи угля началось после реформы 1861 в связи с развитием капитализма в России, ростом потребления угля железными дорогами, сахарной промышленностью, а позже металлургией Юга. С 1870 по 1913 добыча угля возросла в 100 раз и достигла 25 млн. т (из них в украинской части современного Донбасса 22,8 млн. т). Бассейн стал первым по добыче среди угольных районов России. Этому способствовало крупное ж.-д. строительство, особенно открытие в 1869 Курско-Харьковско-Азовской, в 1871 Воронежско-Ростовской дорог, в 1884 железной дороги Донбасс—Кривой Рог; дороги давали выход угля в районы потребления и обеспечивали подвоз железных руд Криворожья в угольный бассейн для крупной металлургии. В то время основными потребителями угля были железные дороги (1881 — 49%, 1913 — 27%), металлургия (1913 — 22%). Д. у. б. стал главной составной частью южного горнопромышленного района.