면적은 6,520㎢, 평균 고도는 1,260m 가량이다. 우리 나라에서 개마고원(蓋馬高原)에 이어 두 번째로 높고 광활한 고원이다.
고원은 제삼기(第三紀) 말에서 제사기(第四紀)에 걸쳐 이 일대의 지반이 융기한 외에 백두산(白頭山)에서 대량의 현무암(玄武岩)과 화산회(火山灰)가 분출하여 퇴적된 화산대지의 토질을 이루고 있다.
이 고원은 거의 중앙을 서두수(西頭水)가 만탑산(萬塔山) 부근의 학장목[鶴長項]을 수원으로 하여 북쪽으로 흐르다가 두만강으로 유입한다. 이 강의 동쪽에는 거의 같은 북쪽으로 연면수(延面水)가 흐르고 있다. 외에도 성천수(城川水)·홍단수(紅湍水) 등의 두만강 지류들이 흐르면서 비교적 깊은 협곡(峽谷)을 형성하고 있다.
고원은 대체로 서두수(西頭水)를 경계로 하여 동쪽은 시생대(始生代)의 심성암(深成岩) 특히 화강암층(花崗岩層)으로 되어 있고, 그 서쪽인 백두산맥 일대는 현무암(玄武岩)·안산암(安山岩) 등의 두터운 층으로 이루어졌다.
이들은 홍적세(洪積世)에 고원 위로 일류(溢流)한 것인데 이로 인하여 백무고원의 표면은 가장 두터운 곳이 600m에 이르는 현무암류가 퇴적되어 한층 더 평탄해졌다가 그 뒤 개석고원(開析高原)으로 침식을 받았다.
오랫동안 불모지로 버려졌다가 무산의 철광과 곳곳의 탄전을 개발하고, 임산자원을 반출하기 위하여 백무선·무산선 등의 철도가 부설되면서 개발이 시작되었다. 해방 전에는 무산군, 회령군으로 나뉘어 있었으나 지금은 함경북도의 무산군·연사군, 양강도의 백암군, 대홍단군과 삼지연시 등으로 나뉘어 있다.
고원의 연평균기온은 4∼5℃이며, 연강수량은 600㎜ 내외로 개마고원과 함께 우리 나라에서 강수량이 가장 적은 지역이 된다. 이깔나무·전나무 등의 냉대 침엽수림과 사스레나무·황철나무 등 활엽수림이 원시림을 이루어 무성하였으나 일본이 태평양 전쟁 등을 겪으면서 남벌을 서슴지 않았고, 북한에서도 외화벌이를 목적으로 벌채를 하여 지금은 산림이 상당히 훼손되었다.
기후 풍토에 맞는 밀·보리·조·수수·메밀·콩·감자 등의 농산물을 생산하며, 초원에서 양·소 등의 가축도 사육된다. 또한 사슴·사향노루·곰 등의 야생 동물도 서식한다. 서두수에는 원봉저수지(圓峰貯水池), 연면수에는 신양저수지(新陽貯水池)가 축조되어 서두수발전소(51만㎾)의 전력으로 공업을 발달시키고 있다.
회령시를 비롯하여 연사(延社), 백암(白岩), 대홍단(大紅湍) 등의 지방 행정 도시가 있으나 북한의 경제 낙후에 따라 침체된 생활 환경을 이루고 있다.