Il bacino del Metauro è ubicato quasi interamente nella Provincia di Pesaro e Urbino (Marche); solo una piccola parte dell'alto bacino appartiene all'Umbria e alla Toscana. La sua superficie è di circa 1325 kmq. Nell'ambito del bacino si possono distinguere un basso bacino, con le zone costiera, basso-collinare e della bassa valle; un medio bacino, con la zona alto-collinare, la Dorsale Marchigiana e la media valle; un alto bacino, con la Dorsale Umbro-Marchigiana, i rilievi della Formazione Marnoso-Arenacea e l'alta valle.

Il Fiume Metauro ha una lunghezza di 121 km includendo il ramo sorgentizio del Meta. Nasce come T. Auro sul Monte Maggiore dell'Alpe della Luna (Provincia di Arezzo, Toscana). Gli affluenti principali sono il T. Meta, il F. Candigliano (coi subaffluenti T. Burano, T. Bosso e T. Biscubio), il T. Tarugo, il Rio Puto ed il Rio Maggiore.

Possiede un regime torrentizio, con portate relativamente alte da novembre a marzo e basse da luglio a settembre. Sfocia nell'Adriatico nei pressi di Fano.

Entro il bacino è compresa una vasta parte di Appennino. Da N.O. verso S.E. e ordinati in catene con questa stessa orientazione, si trovano i rilievi della Formazione Marnoso-Arenacea (parte dell'Alpe della Luna sino a Bocca Trabaria - sui 1100-1260 m, le Serre e il M. Vicino - sui 1000 m); i rilievi della Dorsale Umbro-Marchigiana (il M. di Montiego - m 975, il M. Nerone - m 1525, il M. Petrano - m 1163 e il massiccio del M. Catria - m 1701); più spostati verso il mare i rilievi della Dorsale Marchigiana (M. Pietralata - m 889, M. Paganuccio - m 976 e Monti della Cesana - m 635).

I terreni sono calcarei, calcareo-marnosi e marnosi nelle pieghe anticlinali della Dorsale Umbro-Marchigiana e della Dorsale Marchigiana. In tali zone sono diffuse pareti rocciose, forre e gole rupestri: le principali tra queste sono la Gola del Furlo, la Gola di Gorgo a Cerbara, la valle dell'Infernaccio (pendici Nord del M. Nerone), Fondarca (pendici di S.O. del M. Nerone), le Balze della Vernosa e della Porrara sul M. Catria e le gole del T. Bosso, T. Burano e T. Biscubio.

I terreni sono prevalentemente marnosi, arenacei e argillosi nelle zone collinari. Qui la morfologia si fa più dolce, in particolar modo dove prevalgono le argille. Nei fondovalle si trovano depositi alluvionali ghiaiosi e sabbiosi.