Долина протягивается в направлении с севера на юг на 100 км и покрывает площадь около 2300 км². На северо-востоке граничит с Тосканско-Эмилианскими Апеннинами; на юго-востоке достигает озера Тразимено и долины реки Несторе. На западе Вальдикьяна простирается до Валь д'Орча, где достигает максимальной высоты — 1148 м (Монте-Четона).
Рельеф долины преимущественно холмистый; средняя высота составляет 405 м.