La Valtiberina si estende dal monte Fumaiolo (1048 m), dove nasce il Tevere, fino alla confluenza del torrente Assino, a sud di Umbertide. Essa comprende quindici Comuni, sette dei quali si trovano in territorio toscano e costituiscono la cosiddetta Valtiberina Toscana (Anghiari, Badia Tedalda, Caprese Michelangelo, Monterchi, Pieve Santo Stefano, Sansepolcro e Sestino), mentre i rimanenti si trovano in territorio umbro.
Nonostante il territorio sia diviso in due parti dal confine regionale tra Umbria e Toscana, esso si presenta geograficamente unitario, tanto che può essere considerato nel suo insieme un'unica regione.
La valle sorge sul bacino, formato ad ovest dalla dorsale dei Monti Martani e ad est dalle dorsali appenniniche, occupato un tempo dall'antico lago Tiberino che doveva iniziare all'altezza di Sansepolcro e proseguire in direzione sud-est fino a Perugia, da dove si divideva in due rami: l'uno orientale che si spingeva fino a Spoleto, l'altro occidentale che raggiungeva Terni. Con il passar del tempo il bacino cominciò a riempirsi di detriti che i fiumi portavano al lago fino a che, anche a seguito della formazione di un emissario che faceva defluire le acque verso il mar Tirreno, si ridusse a tal punto da assumere l'aspetto di una palude acquitrinosa. Si formò così una vasta pianura alluvionale attraversata in tutta la sua lunghezza dal fiume Tevere, il corso d'acqua principale di tutta la zona umbro-toscana.

Chi visita questa splendida valle non potrà che rimanere conquistato dalle colline, dai campi coltivati come orti, dai boschi di roverella, orniello e carpino nero, dalle macchie delle zone di maggior altitudine dove dominano querce, aceri, faggi, castagni e dalla ricchissima vegetazione del sottobosco. Le colline verdeggiano dell'olivo e della vite mentre grano, orzo, granturco e girasoli colorano le superfici pianeggianti.
Ma accanto alle bellezze naturali ecco quelle artistiche e culturali: i musei, i borghi e le frazioni, i castelli, i palazzi e le ville. E infine la presenza, forte e insieme impercettibile, dei grandi personaggi che più direttamente o indirettamente furono legati a questa valle: Piero della Francesca che in Valtiberina nacque e dipinse alcune sue opere, Luca Pacioli e Michelangelo anch'essi nati in questi luoghi, Papini che ricordò sempre con affetto questa terra.
Valle da esplorare completamente, dunque, e raggiungibile anche nei suoi luoghi più appartati grazie ad una buona viabilità caratterizzata principalmente dalla Statale Tiberina 3 bis, che la attraversa per tutta la sua lunghezza, dalla superstrada E45 che congiunge Roma al Nord Italia valicando l'Appennino proprio presso le sorgenti del Tevere, e dalla Ferrovia Centrale Umbra, che copre il tratto Perugia-Sansepolcro.
Numerose e ben tenute sono le strade secondarie che collegano le città,  i castelli, le pievi e i santuari, unendo la valle ad Arezzo, alla Val di Chiana, al Casentino ad ovest, alla Romagna a nord, fino all'Adriatico a est.