Реки области общей протяжённостью св. 11 тыс. км относятся к бассейну Дона. Осн. реки: Дон (длина в пределах В. о. 530 км) и его правые (Ведуга, Тихая Сосна, Чёрная Калитва) и левые (Воронеж, Битюг, Хопёр) притоки. На территории области – Воронежское водохранилище (204 млн. м3).
Усманский бор.
Почвы, растительный и животный мир. В. о. расположена в лесостепной и степной зонах. Почвенный покров представлен в осн. выщелоченными и типичными чернозёмами. Серые лесные, лугово-чернозёмные и аллювиальные дерновые почвы занимают подчинённое положение. Растительность степи и лесостепи практически полностью замещена с.-х. угодьями, небольшие участки разнотравно-злаковых и ковыльных степей сохранились преим. в пределах охраняемых территорий (Каменная степь, Хрипунская степь). Леса, занимающие 8,3% площади В. о., представлены единичными массивами сосновых и дубово-сосновых лесов (Усманский бор), а также чистыми дубравами, осиновыми и ольховыми лесами, распространёнными по долинам рек. В бассейнах правых притоков Дона (Ведуга, Девица, Потудань) на меловых обнажениях встречаются своеобразные ксерофитные сообщества («сниженные альпы») с участием проломника мохнатого, володушки многожилковой, шлемника приземистого и др. На территории В. о. сохранились бобры, хорьки, сурки, пятнистые олени; из редких птиц – дрофа, степной орёл, беркут.
В В. о. 172 охраняемые природные территории, в т. ч. Воронежский заповедник, Хопёрский заповедник, комплексные заказники, многочисл. памятники природы.
На б. ч. территории области экологич. ситуация умеренно острая, в районах, прилегающих к г. Воронеж, очень острая. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу составляют 47 тыс. т, водозабор 617 млн. м3 (2003). Эрозии подвержено до 650 тыс. га почв с.-х. угодий, густота овражной сети достигает 3 км/км2.