Tiene un clima mediterráneo de interior con una fuerte influencia continental (inviernos fríos y veranos muy calurosos), marcado por una abundante insolación y lluvias escasas. Su rasgo más distintivo y vital para el viñedo es la dualidad de sus vientos: el Cerç (Cierzo), un viento del noroeste frío y muy seco que previene enfermedades en la viña; y el Garbí, un viento marino del sur que refresca y aporta la humedad necesaria durante las tardes de verano.

El terruño más característico de la zona se conoce localmente como "panal". Son suelos arcillo-calcáreos, muy ricos en piedra caliza, pobres en materia orgánica y con una excelente capacidad de drenaje. Esta pobreza extrema del terreno obliga a las raíces de las cepas a profundizar mucho para buscar agua, lo que da como resultado uvas de una altísima calidad y concentración.

Es el reino indiscutible de las variedades mediterráneas tradicionales, con la familia de las garnachas como estandarte.

Blancas: La Garnacha Blanca es el alma y emblema de la D.O., dando lugar a los vinos blancos de "Terra Alta Garnatxa Blanca" (una distinción específica de calidad). Le acompañan la Macabeo, Parellada, Chardonnay, Sauvignon Blanc y Moscatel.

Tintas: Dominan la Garnacha Tinta, la Garnacha Peluda y la Cariñena (también llamada Samsó). En los últimos años ha ganado mucho prestigio la recuperación de una uva autóctona casi extinguida llamada Morenillo. También se cultivan Syrah, Cabernet Sauvignon, Merlot y Ull de Llebre (Tempranillo).