עמק החולה הוא סעיף צפוני של טרנספורם ים המלח, חלק הבקע האפריקאי הגדול. אורכו של העמק כ־22 ק"מ ורוחבו כ־7 ק"מ. הוא מצוי בגובה של כ־70 מטר מעל פני הים, וכ־800 מטר מתחת לשולי הבקע המוגבהים. בקצהו המערבי, לאורך שולי הרי הגליל העליון, נחשפים סלעים מתקופת הקרטיקון התחתון ועד הפלייסטוקן (בעיקר אבן גיר, אבן חול ובזלת). ממזרח, זרמי בזלת מתקופות הפליוקן והפלייסטוקן מכסים את רמת הגולן המוגבהת. העמק תחום מדרום על ידי גוש כורזים, המכוסה בעיקר בסלעי בזלת. בצפון אין גבול מבני או מורפולוגי ברור.

האקלים באזור הוא אקלים ים־תיכוני, המתאפיין בקיץ חם ויבש ובחורף קריר וגשום. כמות המשקעים השנתית נעה כיום מפחות מ־400 מ"מ בדרום העמק ועד כ־800 מ"מ בצפונו. העמק עשיר במים: יותר מ־1,500 מ"מ של משקעים יורדים על רכס החרמון (ברובם שלג), ומזינים מעיינות תת־קרקעיים. מקורות אלו אחראים לחלק ניכר משפע המים (כ־500–1,200 מיליון מ"ק בשנה) הזורמים דרך העמק. נהר הירדן, על שלושת יובליו המרכזיים – הדן (המעיין הגדול ביותר במזרח התיכון), הבניאס והחצבני – הוא גוף המים המרכזי בעמק.

לאורך רוב ההיסטוריה האנושית ועד שנות ה־50 של המאה ה־20, שכן בדרום עמק החולה אגם החולה – אגם רדוד דמוי אגס ששטחו כ־15 קמ"ר, ומפלס מימיו נע עונתית בין מטר לשלושה מטרים. מצפון לאגם השתרעו ביצות נרחבות בשטח של כ־45–75 קמ"ר, בהתאם לשינויים העונתיים במפלס המים. בין השנים 1951–1957 יובשו האגם והביצות במטרה להגדיל את שטחי החקלאות, להפחית איבוד מים באידוי ולמגר את מחלת המלריה, אשר למעשה כבר נעלמה מהאזור בזמן ביצוע הייבוש.

כבר בתקופה הפליאוליתית התחתונה בחר האדם להתיישב בעמק החולה. העמק כולל יישובים חשובים מהתרבות הנאטופית, ובהם הכפר עינן. בתקופות פרהיסטוריות מאוחרות יותר התקיימו בעמק אתרים מרכזיים רבים, כגון האתר הניאוליתי הקדם־קרמי המאוחר בביסמון – אחד האתרים הניאוליתיים הגדולים בישראל – וכן אתרי התקופה הניאוליתית המאוחרת ועד ראשית תקופת הברונזה כגון הגושרים (Getzov 2009) ותל תאו. עמק החולה הוא גם ביתם של כמה מן התלים הארכיאולוגיים הגדולים בישראל, ובהם תל חצור, וכן אתרים חשובים מתקופות הברונזה והברזל כגון תל דן ותל אבל בית מעכה.

מבחינה גאוגרפית, נראה כי תפוצת האתרים בעמק החולה נקבעה בעיקר על ידי האגם והביצות. האתרים ממוקמים לאורך שולי האגם ובדרך כלל מצפון לאזורי הביצות.

מאמר בעברית על הפרהיסטוריה הקדומה של בקע ים המלח