Les Limagnes du Brivadois sont différents bassins sédimentaires dont la mise en place commence dès l'ère primaire avec l'orogénèse hercynienne (entre -400 et -340 millions d'année). Dans les bassins effondrés, les dépôts s'accumulent progressivement, à l'image du bassin houiller de Sainte-Florine et de Brassac-les-Mines où les niveaux successifs de charbon correspondent à l'accumulation des débris organiques provenant de forêts tropicales luxuriantes du Carbonifère (-300 millions d'années). Les bassins des Limagnes brivadoises prennent réellement leur forme à l'ère tertiaire suite à la surrection des Alpes qui provoque leur effondrement par jeu de failles et de cassures. Les roches sédimentaires présentes dans ces bassins sont de nature détritique (sables, argiles, grès) mais également carbonatée (principalement dans le Puy-de-Dôme). L'Allier, qui traverse ces Limagnes, a construit des terrasses alluviales présentes dans le paysage sous la forme de larges marches étagées parallèlement au cours de la rivière. Cette dernière s'enfonce suite à l'érosion progressive et les aléas climatiques divers, comme en témoignent les différents niveaux d'alluvions où les plus anciennes sont bien au-dessus de la rivière.
Les Limagnes du Brivadois sont concernées par un climat d'abri dont le caractère continental est marqué et l'influence atlantique est atténuée. Sous l'influence de l'effet de foehn des reliefs successifs des monts du Cantal, du Cézallier (en position d'abri vis-à-vis des flux océaniques), la pluviométrie est très faible avec une moyenne de moins de 600 mm/an. Elle augmente très légèrement dans la partie altiligérienne. Ces secteurs peuvent souffrir parfois d'une certaine sécheresse. La moyenne annuelle des températures est élevé et homogène sur la région avec environ 11°C.
Les terrains plats et fertiles des Limagnes du Brivadois sont depuis très longtemps exploités par les hommes qui ont mis à profit leurs capacités agronomiques. Les marais (signification étymologique de "Limagne") autrefois présents ont été asséchés durant l'antiquité. La topographie douce a permis l'utilisation d'engins attelés puis mécanisés en favorisant la culture des céréales, accompagnés en complément par des vignes (autrefois plus présentes), vergers et maraîchers. Le paysage agricole est donc l'identité paysagère principale de cette région naturelle, avec un maillage arboré de haies très lâche. En complément du paysage, se présentent de rares pâtures et milieux forestiers. Ces derniers se retrouvent notamment en bordure de l'Allier avec des essences caractéristiques des ripisylves (aulnes, peupliers, saules). Les surfaces bâties sont relativement présentes sur la région naturelle avec des communes de taille assez conséquente (Brioude, Sainte-Florine, Brassac-les-mines, Issoire).