Величественная поверхность Республики представляет собой волнистую равнину, изрезанную речными долинами. Высшей точкой является Могила Мечетная (367 метров), почитаемая как самая высокая вершина Донецкого хребта.
По её территории, обрамлённой зеленью, неспешно течёт река Донец, щедро одарённая множеством рукавов и притоков: Северский Донец, Айдар, Лугань, Кундрючья, Левый Тузлов, Нагольчик, Ковсуг, Верхнее Провалье, Дуванка, Евсуг, Булавин, Нижнее Провалье и их малые притоки.
Основным богатством Республики служит уголь, две трети которого — антрацит, а одна треть — коксующийся уголь. На её недрах также зарыты песчаник, мел, мергель, известняк, глина и ракушечник. Кроме того, на территории Луганской Народной Республики находится карьер для добычи и производства щебня различных фракций.
Плодородные чернозёмы орошаемы степным солнцем, и лишь около 7% территории занимают леса, преимущественно у рек. С целью сохранения степного ландшафта и пойменной флоры был создан Луганский заповедник, состоящий из четырёх отделений: Станично-Луганское отделение; Стрельцовская степь; Провальская степь; «Трехизбенская степь».