长治市地跨海河、黄河两大流域。其中，海河流域面积11103平方千米，占79.9％；黄河流域面积2793平方千米，占20.1％。主要河流有海河流域的浊漳河、清漳河、卫河和黄河流域的沁河等。辛安泉是山西省第二大岩溶泉，水量丰沛，水质优良，是长治市重要的水源。2016年长治市辛安泉水源地被水利部列入全国重要水源地名录。泉域面积10950平方千米，涵盖长治市除沁源县之外的11个县区，以及晋中市的榆社县。泉水出露于长治市潞城、黎城、平顺三县交界地带。

　　长治市境内有野生动物243种，其中，兽类6目15科45种，国家一级保护动物2种：金钱豹、原麝；国家二级保护动物4种：石貂、青鼬、水獭、猕猴；省重点保护动物4种：刺猬、复齿鼯鼠、飞鼠、小麝鼩；鸟类16目40科177种。

　　长治市植物资源以针阔混交林为主，夹杂有灌木和草本植物。沁源灵空山保存有二三百年的天然林群落。经济林木主要是木本粮油和水果林。国家和省重点保护野生植物有南方红豆杉、核桃楸、紫椴、刺五加、水曲柳、漆树、脱皮榆、刺楸、流苏树、党参和桔梗等二十余种。

　　长治市矿产资源较为丰富，全市12个县（区）除沁县矿产资源较为贫乏外，其他县（区）都分布有各具特色和优势的矿产资源。主要有煤、铁、石灰岩、矿泉水等矿产资源。最具优势的矿产是煤炭、铁和石灰石。长治市是国家重点产煤市之一。2019年，长治市原煤产量1.3亿吨；已探明的煤层气储量5700多亿立方米，埋层浅，开采条件好。