Comarca d'alta muntanya, al vessant sud dels Pirineus axials, fronterera amb França. Situada a la Vall de la Noguera Pallaresa, riu que en constitueix l'eix nord-sud, les seves valls de capçalera, dominades per cims altíssims —tuc de Colomers (2.930 m), tuc de Saboredo (2.830 m), Mont-roig (2.846 m), pic de Sotllo (3.073 m) o Pica d'Estats (3.143 m), cim culminant de Catalunya— i enlairades zones lacustres. Les valls de capçalera formen tres subcomarques ben diferenciades: Vall d'Àneu, per on discorre la Noguera Pallaresa, amb centre a Esterri d'Àneu; Vall de Cardós, drenada per la Noguera de Cardós, amb centre a Ribera de Cardós; Vall Ferrera, drenada per la Noguera Vallferrera, amb centre a Alins de Vallferrera.

El sector meridional és centrat per Sort, capital comarcal. Comprèn també el sector oriental del Parc Nacional d'Aigüestortes i el llac de Sant Maurici, dominat per la silueta inconfusible dels Encantats. El Pallars Sobirà formà part, a l'alta edat mitjana, del comtat pirinenc de Pallars, que ja en el segle XI fou dividit en Pallars Sobirà i Pallars Jussà, partició que s'ha mantingut en la moderna divisió comarcal. Les activitats agropecuàries i l'aprofitament del bosc s'havien complementat per l'explotació dels meners de ferro de la Vall Ferrera (fargues) i les salines de Gerri.