동서 길이는 21㎞, 남북 길이는 15㎞, 면적은 210㎢이다. 북쪽에는 북대봉(北大峰, 1,274m)과 평산덕산(平山德山, 1,159m)이 있다.
동쪽에는 조개덕산(造介德山, 1,075m)·재령산(載靈山, 1,208m)·아호비령(阿虎非嶺, 641m)·무직산(霧織山, 1,204m), 남쪽에는 하람산(霞嵐山, 1,485m)·자하산(紫霞山, 1,217m) 등의 높은 산이 있다. 서쪽에는 아미산(峨嵋山, 892m)이 솟아 이들 산에 둘려 있다.
이 분지의 중앙을 대동강으로 흘러드는 평원천(平原川)이 동쪽에서 서쪽으로 흐르면서 성저천(城底川)·지동천(支洞川) 등의 지류를 합한다. 분지의 동부에는 대동강의 지류인 남강(南江)의 상류가 남쪽으로 흐르고 있다. 분지의 바닥의 높이는 양덕 부근에서 200m 가량이 된다.
양덕분지는 구조운동과 평원천과 지류의 침식, 퇴적작용에 의하여 형성되었다. 기반암은 화강암, 편암, 석회암이고 토양은 갈색산림토이다. 바다와 멀리 떨어져 있어 대륙성기후의 특성을 많이 나타내며 연평균 기온이 7.4℃이고 연강수량은 1,140mm로 비교적 많은 편이다. 분지 주변에 소나무, 잣나무, 잎갈나무, 분비나무, 가문비나무 등이 자라고 있다. 논은 전체 경지의 5.8%에 불과하고, 83.7%가 밭이다.
주요 농산물은 보리·밀·옥수수·조·콩·감자 등이고 사과·배 등의 과수, 양잠과 함께 소·양·돼지 등도 기른다. 양덕분지로는 평라선철도와 평양~원산 간 도로가 지난다. 함경남도 고원과 사이에 험하기로 유명한 거차령(巨次嶺)이 있다.
온정리 부근에는 피부병과 신경통 치료에 효과가 있는 석탕온천과 석탕약수, 양덕에는 양덕온천·십이폭포·용소폭포·비룡폭포·쌍용폭포 등의 명소가 있다.