덕천분지는 대동강과 그 지류인 시량강의 침식과 석회암의 용식에 의하여 이루어졌다. 동서 28km, 남북 23km 규모이다.
지질은 고생대(古生代) 말기에 퇴적된 조선누층군(朝鮮累層群)의 석회암층과 고생대 말기에서 중생대(中生代) 초기에 걸쳐 퇴적된 평안누층군(平安累層群)의 석탄층으로 이루어져 있다. 평안누층군은 송림변동(松林變動)에 의하여 심하게 교란되었기 때문에 석탄의 부존 상태가 연속적이지 않다.
분지를 관류(貫流)하는 대동강은 곡류하면서 시량강, 청송천, 무창천, 형봉강 등과 함께 고도 140m 정도의 범람원을 형성하였고 그 주변의 석회암 구릉은 서로 다른 3개의 지형면으로 이루어졌다. 분지의 연평균 기온은 7.9℃, 1월평균기온은 -11.1℃, 7월평균기온은 23.3℃, 연평균 강수량은 1,300mm 내외이다.
덕천분지를 흐르는 대동강에는 다목적댐이 건설되어 인공호인 금성호(金城湖)가 조성되었다. 댐은 발전(20만㎾)과 함께 하류에 관개용수를 공급하고 있다. 주요 농산물로는 옥수수·조·콩·감자 등이 산출되며, 양잠업이 발달하여 항라(亢羅) 생산지로 유명하다. 또 석탄 운반을 위해 평양의 대동강역(大同江驛)에서 덕천의 장상역(長上驛)에 이르는 평덕선(平德線)이 부설되어 있다.