Dès son extrémité sud, à Pont-du-Château, le Val d'Allier correspond à une plaine alluviale large et très peu pentue. La rivière décrit un tracé sinueux au sein d’une vaste zone inondable. Son orientation correspond à la faille de la Limagne dans le sens Nord-Sud. Sa pente très faible sur tout son cours est d’environ 0,1 %, les côtes extrêmes sont au Sud à Vichy 260 mètres et au Nord à Moulins 210 mètres. L’Allier, par ses drainages lointains dans le Massif central, a entraîné de nombreux matériaux arrachés aux dépôts tertiaires, au socle Primaire et aux massifs volcaniques. Ceux-ci ont formé une succession de terrasses anciennes qui agrandissent considérablement le lit majeur de la rivière. De plus, compte-tenu de la faible pente, la rivière connait des alternances d’étiages sévères et de fortes crues qui modèlent son cours et ses berges par la sédimentation ou l’érosion.
Le Val d'Allier est concerné par un climat d'influence atlantique. Les précipitations annuelles moyennes varient de 721 mm à Vichy à 732 mm de pluie à Moulins avec des valeurs légèrement supérieures à 800 mm à Saint-Yorre ou Le Veurdre. La moyenne annuelle de température est de l'ordre de 11°C à 11,3°C (côté Puy-de-Dôme) pour cette région naturelle.
Le trait marquant du paysage physique de la vallée de l’Allier est sa platitude. Dès Pont-du-Château dans le Puy-de-Dôme, l’Allier s’écoule dans une vaste et large vallée très peu pentue. La moyenne altitudinale est donc naturellement basse (240 m) et le point culminant se trouve à 462 m sur un coteau surplombant la vallée près de Cusset. La région du Val d’Allier est ainsi concerné par un seul étage de végétation dit "collinéen".
Considérée comme l’une des dernières grandes rivières sauvages d’Europe de l’Ouest, l’Allier a engendré un ensemble de paysages caractéristiques par leur diversité et leur haut degré de naturalité. La très faible pente permet à l’Allier de dessiner de larges méandres entre bancs de sable et gravières. L’occupation du sol n’est pas homogène pour autant et dépend, d’une part, de la qualité du sol (très bonne qualité agronomique sur les sols limoneux et qualité médiocre sur les dépôts fluviatiles constitués de sables et graviers) et, d’autre part, de l’inondabilité. Un cordon boisé, de largeur variable mais souvent dense, recouvre la majorité des zones de dépôts récents en zone inondable. De grands espaces de cultures s’organisent en grands champs ouverts sur les secteurs fertiles mais sont limités par les boisements alluviaux et par les versants des coteaux qui encadrent la vallée. Ces secteurs sont surtout visibles dans la partie puydomoise et de Vichy à Moulins. Enfin, les grandes voies de circulation ont été implantées de part et d’autre de la vallée sur les terrasses non inondables. Au Nord, la vallée de l’Allier change de physionomie et la rivière suit un parcours rectiligne parsemé de quelques îles. L’occupation du sol de la plaine change, la prairie s’installe et la culture disparaît peu à peu.