És limitada a l’W pel massís Galaic, i arriba per l’E fins al País Basc (vall del riu Mena). Geològicament es pot dividir en dos sectors ben diferenciats: el paleozoic, d’estructura complicada amb tectònica herciniana, que presenta afloraments harmònicament incurvats formant una forta convexitat cap a l’W per donar lloc a l’anomenat arc astúric, al centre del qual hi ha la conca carbonífera asturiana; i el sector mesozoic, aproximadament a l’E del meridià de San Vicente de la Barquera, amb plecs laxos d’estil juràssic produïts per l’orogènia alpina, responsable també de grans falles de desenvolupament vertical. Hom pot distingir una regió litoral amb una altura mitjana entre 300 i 500 m, formant una costa abrupta i retallada, i una regió interior amb alçades importants com Peña Rubia i Peña Ubiña (2 417 m), als vessants orientals de les quals hi ha el port de Pajares (1 364 m), pas obligat per a penetrar de Lleó a Astúries. Més a l’E hi ha una línia de carenes i cims enlairats a més de 2 000 m que s’anomenen brañas (Braña de Caballos, 2 181 m), on hi ha les elevacions màximes: els Picos de Europa (Peña Santa, 2 586 m; Naranjo de Bulnes, 2 518 m), amb un paisatge d’abruptes penyals calcaris, modelat durant el Quaternari. El clima és de tipus atlàntic, amb pluges abundants, que en alguns llocs sobrepassen els 2 000 mm anuals. La vegetació és de caràcter atlàntic, amb fagedes, landes i prats. Hi viuen diverses espècies característiques de la fauna ibèrica en perill d’extinció: el cabirol (Capreolus capreolus), l’isard (Rupicapra rupicapra), el llop (Canis lupus), l’os bru (Ursus arctos) i el gall salvatge (Tetrao urogallus). Els rius, que travessen transversalment el sistema, principalment el Nalón, el Narcea, el Besaya i el Sella, són rics en pesca. El vessant nord de la serralada Cantàbrica és més industrialitzat i poblat que el vessant sud, més sec. El poblament és dispers (llogarets i cases aïllades). La superfície conreable és ben aprofitada (blat de moro, sègol, patates, pomes, tabac, llúpol), i en l’explotació agrícola domina el minifundi. Les pastures nodreixen una abundant ramaderia bovina. A les valls del Nalón, Caudal i Aller (Astúries) hi ha jaciments de carbó (hulla, antracita); a Santander, ferro (Solares i Camargo), zinc (Reocín), blenda, calamina i plom.