신계분지의 면적은 530㎢이며, 동서 길이는 약 12㎞이다. 북쪽에는 대굴산(大窟山, 434m)·감적산(甘積山, 388m)·춘광산(春光山, 522m)으로 이어지는 멸악산맥(滅惡山脈)에 딸린 산들이 솟아 있고, 북쪽으로 곡산 분지와 접하고 있다.
산계분지의 동쪽은 아호비령산맥(阿虎非嶺山脈)에 딸린 태을산(太乙山, 682m)을 정점으로 고주애산(高柱崖山, 754m)·설화산(雪花山, 581m)·국사봉(國士峰, 439m)으로 이어진다. 남쪽은 국사봉에서 북서쪽으로 학봉(鶴峰, 401m)·묘산(猫山, 371m)을 거쳐 춘광산에 이어진다. 분지의 곳곳에는 300m 내외의 산이 솟아 있다.
분지의 북쪽에 연결되어 있는 곡산분지에서 흘러내리는 예성강(禮成江)이 분지의 중앙에서 심한 곡류(曲流)를 이루면서 관류하여 남쪽으로 흐른다. 또한 지석천(支石川)·신계천(新溪川)·고신은천(古新恩川) 등이 예성강으로 흘러든다. 분지의 대부분은 현무암이 넓게 퇴적하여 대지를 이루고 이 사이를 예성강과 그 지류들이 유년곡 형태의 낮은 언덕을 나타내고 있다.
신계분지를 이루는 토양은 대부분이 현무암·석회암 위에 발달한 충적토 산림갈색토이다. 연평균 기온은 9.5℃, 연강수량은 1,200㎜이다. 고원이기는 하나 평지가 넓고, 또 예성강과 그 지류가 많아서 관개 수로를 이루고 있으며, 또한 강수량이 많은 편이다. 그러나 경지가 전체 면적은 27% 가량이다.
신계분지는 예성강의 지류 신계천의 퇴적작용에 의하여 이뤄졌으며, 상부원생대와 고생대 지층으로 되어 있고 그 위에 신생대의 현무암이 덮여 있다.
신계분지에서 생산되는 주요 농산물은 쌀·밀·수수·옥수수·콩 등이며, 과일 산출량은 사과가 67%, 배가 24%를 차지하고, 소·돼지·양의 사육 두수가 비교적 많다. 분지의 중앙을 남남서쪽에서 북북동쪽으로 이천선(伊川線)의 평산∼세포간의 철도가 통하고, 신계를 중심으로 토산(兎山)·평산·서흥·수안·곡산 등으로 통하는 도로가 있다. 분지 안에는 광산과 지방산업공장들이 들어서 있다.