Die nördliche Oberrheinebene wurde im Wesentlichen durch die ehemaligen Überflutungsvorgänge in der Mäanderzone des Rheins gebildet. Seit der Rheinkorrektur im 19. Jahrhundert ist der Flussverlauf jedoch weitgehend kanalisiert. Die schmalstreifige Landschaft ist im Norden durch die Untermainebene und im Süden durch die Offenburger Rheinebene begrenzt. Von 110 m ü. NN im Süden fällt die Ebene auf 84 m ü. NN im Norden ab. Landschaftlich lassen sich im Wesentlichen die Bereiche des Hochwasserdammsystems mit einer sehr schmalen Überflutungsaue, die ausgedeichten Flächen der Altaue und die Verlandungszonen der ehemaligen Rheinschlingen ausgliedern. Der Untergrund besteht hauptsächlich aus grundwassergefüllten Kiesen und Sanden, an der Oberfläche haben sich feinsandige und lehmige Aueböden im Wechsel mit organischen Nassböden ausgebildet. Es handelt sich um eine ganz leicht gewellte Offenlandschaft, die jedoch besonders in Gewässernähe in eine Laubwaldlandschaft übergeht.
Besonders die Gebiete des heutigen Rheinverlaufs und die der Altrheinarme werden forstwirtschaftlich genutzt, wobei die Forste nahezu durchgängige Bänder entlang der Gewässer bilden. Die nicht direkt von der Fließdynamik des Rheins beeinflussten Landschaftsteile werden landwirtschaftlich genutzt und prägen dominierend die Landschaft. Außerhalb der großen Städte Mannheim und Karlsruhe ist die Oberrheinniederung nur spärlich besiedelt. Zudem werden in der Oberrheinniederung verstärkt Kiese und Sande abgebaut.
Die gesamte Rheinaue bildet das größte zusammenhängende und artenreichste Auensystem Baden-Württembergs. Naturschutzfachlich bedeutsam sind dabei die Fließgewässer- und Uferbiotope, die Altwässer des Rheins mit seinen Au- und Bruchwäldern und die großflächigen Röhrichtbestände, Großseggenrieder und Pfeifengraswiesen. Diese Flächen sind nicht nur für heimische Brutvögel wichtig, sondern sind zugleich ein international bedeutsames Rast- und Überwinterungsgebiet für Wat- und Wasservögel. Hier sind in Mitteleuropa bereits selten gewordene Tier- und Pflanzenarten wie Wasserfarn, Trapa natans (Wassernuß) und Charadrius dubius (Flussregenpfeifer) anzutreffen. Neben der "Rastatter Rheinaue" als dem größten Naturschutzgebiet gibt es zahlreiche Schutzausweisungen, in erster Linie EU-Vogelschutzgebiete. Außerhalb der Gewässerzonen dominiert jedoch die landwirtschaftliche Intensivnutzung.