Aunque la mayor parte del valle es rural, dentro de sus límites se encuentran importantes áreas metropolitanas.
En su perímetro se encuentran las ciudades de Fresno, Bakersfield, Stockton, Modesto, Visalia, Porterville, Merced, Madera y Hanford.
La mayor parte del valle al sur de Fresno drena al Lago Tualare, que ha dejado de existir.
El principal río del valle es el San Joaquín, que drena al norte, hacia la mitad norte del valle hacia el delta de los ríos Sacramento y San Joaquín.
El río de los Santos Reyes y el río Kern se localizan al sur de la cuenca endorreica del valle, que tiene múltiples usos en la agricultura, por lo que sus cursos están por lo general secos en sus cauces bajos.