Du point de vue géologique, la Vallée centrale est unsynclinal relativement récent et rempli desédiments[2] de l'ère quaternaire dont l'épaisseur atteint 900 mètres[1]. Son altitude ne dépasse jamais 150 mètres et certains secteurs se trouvent même sous le niveau moyen de la mer. Son caractère plan et fertile, bien connu des géographes, est un atout pour l’agriculture.
Vue aérienne de Watts-Woodland, à l'ouest de Sacramento.
Les deux plus grands fleuves de Californie coulent dans la Vallée Centrale : au nord, leSacramento prend sa source près dumont Shasta et parcourt environ 620 km pour se jeter dans labaie de San Francisco. Au sud, leSan Joaquin est navigable jusqu’à la ville deStockton. Il prend sa source dans l’ouest de la Sierra Nevada, près deMammoth Mountain et coulent en direction du nord. Il se jette également dans labaie de San Francisco et forme avec le Sacramento un double delta qui apporte des sédiments.
Les autres fleuves qui coulent dans le sud de la vallée centrale sont laMokelumne River, laStanislaus, laTuolumne, laMerced (qui parcourt notamment lavallée de Yosemite), laChowchilla River, laKings River et laKern River. Les cours d’eau du sud ont un écoulement de typeendoréique.
Avant l'arrivée de l'homme blanc, les prairies étaient les terrains de parcours des antilopes d'Amérique (pronghorn (Antilocapra americana)), deswapitis (Cervus canadensis nannodes) et des prédateurs comme legrizzly, leloup ouours noir[3]. Aujourd'hui, la vallée centrale est presque entièrement cultivée. Les chênes sont espacés parce que le sol est pauvre et que l'eau est rare. Les milieux humides qui ont fortement régressé à cause de l’urbanisation et de la mise en valeur agricole, abritent des colonies d’oiseaux migrateurs. Quant aupuma, il voit son habitat se réduire comme une peau de chagrin. Des tentatives de réintroduction du wapiti ont lieu dans les régions méridionales[3].
La Vallée centrale de Californie est la principale région agricole de l’état. Elle fait l'objet d'une exploitation agricole intensive, moderne et diversifiée. Les sols humides du plancher alluvial ont été drainés pour mettre en valeur de nouvelles terres. Dans le sud, l’irrigation est nécessaire pour pallier le manque d’eau. Ainsi, 71 % des périmètres irrigués de Californie se trouvent dans la Vallée centrale[4]. Une partie des produits agricoles sont mis en valeur sur place : exploitation viticole, conserveries, industries agro-alimentaires fournissent une part importante des emplois. L’autre partie est exportée, ce qui stimule l’activité des transports.
Les produits agricoles sont nombreux : le coton est cultivé dans le sud de la vallée, ainsi que la luzerne, l‘orge et les légumes. La vallée du San Joaquin produit du raisin, des amandes et des agrumes. Plus au nord, la vallée du Sacramento produit des pêches, des prunes, des poires, du raisin[5], mais aussi des betteraves à sucre et des pommes de terre. Au nord de la baie de San Francisco, les comtés de Sonoma et Napa sont réputés pour leur production viticole : avec 16 millions d’hectolitres, ils assurent 90 % de la production de vin des États-Unis[5].
Le comté de Kern reste la première région pour la production dupétrole en Californie et concentre 85 % des 43 000 puits de cet état. Il assure 10 % de la production nationale. On trouve également de l'or et dukernite dans la Vallée centrale.
Contrairement au littoral, la Vallée centrale ne compte pas de grande agglomération. Il existe une série de villes moyennes, qui sont autant de nœuds autoroutiers et ferroviaires ou de centres de redistribution des productions agricoles. Bakersfield a grandi grâce au pétrole. Sacramento reste à part : en tant quecapitale de l’État de Californie, elle concentre des activités politiques.