На большей части территории Нагорного Карабаха господствует умеренно теплый климат, с сухой, относительно прохладной для Закавказья зимой и жарким летом. Реки Карабаха стекают с наиболее возвышенных частей региона (хребты Карабахский и Муровдаг) в северо-восточном направлении к долине Куры или в юго-восточном к долине Аракса. Крупнейшие реки имеют тюркские названия — Тертер, Хачинчай, Каркарчай, Кенделанчай, Ишханчай (от турецкого и азербайджанского «чай» — «река»). Реки текут в глубоких ущельях, используются для орошения и как источники получения электроэнергии. На реке Тертер построено крупное Сарсангское водохранилище. Естественная растительность во многих местах заменена агроландшафтами (поля, сады, виноградники, бахчи). Однако в горных районах сумели сохраниться леса и альпийские луга. Леса с преобладанием дуба, бука, граба, дикорастущих плодовых деревьев занимают около трети территории республики.
Самыми крупными городами являются Степанакерт (арм. Ստեփաեակերտ; Ханкенди, азерб. Xankəndi) и Шуша {азерб. Şuşa, арм. Շուշի, Шуши).
Первым европейцем, ступившим на эту землю, был служивший в монгольской армии немец Йоганн Шильтбергер, который провел зиму 1420 года в равнинной части Карабаха и видел там и христиан, и мусульман. «Неверные называют этот край, на своем неверном наречии, Караваг, — писал он. — Неверные владеют всем этим краем, и тем не менее он расположен в пределах Эрмении. В деревнях проживают также и армяне, но они обязаны платить дань неверным».
После раздела Армении между Византией (а затем арабами и турками) и Ираном в Арцахе и в соседнем Утике начали селиться турки, и область эта, будучи в составе Ирана, получила турецкое название Карабах («Черный сад»). В Средневековье здесь сохранились последние остатки армянской государственности — пять полунезависимых княжеств-меликств [6] .
Они долгое время сохраняли относительную самостоятельность. В середине XVIII века было основано Карабахское ханство, столицей которого стала Шуша. В XVII–XVIII веках карабахские мелики вели переписку с российскими самодержцами Петром I, Екатериной II и Павлом I.
В конце XVIII — начале XIX века внутри- и внешнеполитическая ситуация на Кавказе оставалась достаточно сложной. В 1801 году к Российской империи была присоединена Восточная Грузия. Казахское и Шамшадильское султанатства, находившиеся в зависимости от грузин, также попали под влияние России. В 1803 году русские войска захватили Джаро-Белоканские джамааты.
Особо важное значение российское командование придавало крепости Гянджа. Генерал Цицианов предложил Джавад-хану — правителю Гянджинского ханства — сдаться. Получив отказ, в конце 1803 года русские войска подошли к Гяндже. В окрестностях города они встретились с войском Джавад-хана. Имевшая численный перевес русская армия оттеснила войска Джавад-хана к Гяндже и приступила к осаде города. В ночь со 2 на 3 января 1804 года Гянджа была захвачена, Джавад-хан и его сын погибли, защищая свой город. Гянджинское ханство было ликвидировано, а город Гянджа переименован в Елизаветполь. Интересно, что те, кто продолжал называть город старым именем, подвергался наказанию денежным штрафом в размере одного рубля золотом. Вместе с Гянджинским ханством русскими войсками было подчинено и Самухское султанатство.
Завоевания Российской империи не могли не обеспокоить Иран, и в июне 1804 года между этими государствами началась война. Иранские войска вторглись в Карабах, где были разбиты армией Ибрагим-Халил-хана. Зная, что иранский шах не простит подобного шага, Ибрагим-Халил-хан выехал в Гянджу для переговоров с командующим русской армией в Закавказье генералом Цициановым.
14 мая 1805 года между Цициановым и Ибрагим-Халил-ханом был заключен договор о признании российского протектората над Карабахским ханством. Также принял российский протекторат и шекинский хан — Салимхан. Согласно договору оба ханства каждый год должны были платить в царскую казну 7–8 тысяч рублей и разместить русские войска на территории своих владений. Фактически Карабах вступал в подданство России и отказывался от всякой зависимости от Персии.
В 1822 году главнокомандующим русскими войсками на Кавказе был упразднен институт ханства, и Карабах перешел под прямое административное управление России, курировать которое было поручено карабахскому армянину генералу Мадатову. Последний известен как активный участник Отечественной войны 1812 года и боевой соратник Д. Давыдова. На Кавказе Мадатов пробыл 11 лет, будучи одним из наиболее деятельных помощников Ермолова. Помимо руководства боевыми операциями, он много занимался организацией мирной жизни горцев. Один из его сподвижников вспоминал: «Воинственный характер князя Мадатова, знание им местных языков и обычаев, смесь азиатских привычек с европейскими делали его неоценимо полезным в областях, управляемых им. С одним из владельцев казался он дружески откровенным; другого обнадеживал обещанием лестных наград ему и подданным; третьему подавал защиту и правосудие. Во всех его поступках видны были гибкий ум, прозорливость и глубокое познание обстоятельств».
Стремясь к умиротворению края, Валериан Григорьевич лично вел переговоры с вождями горцев, являясь к ним один и безоружным. В ханствах, вверенных ему в управление, он руководил деятельностью судов (диванов), заботился о развитии торговли и усовершенствовании горных дорог, о распространении шелководства и улучшении породы знаменитых карабахских скакунов. Пришлось вести ему и боевые действия — против ханов Каракайтакского и Казикумыкского, жесткой рукой пресекал выступления воинственных и непокорных племен.
По завершении очередной русско-иранской военной кампании 1826–1828 годов и разгрома войск Аббас-Мирзы был заключен Туркманчайский договор, установивший границу между Ираном и Россией по реке Аракс. Ереванское и Нахичеванское ханства, а также часть каспийского побережья до реки Астары перешли к России. С заключением Туркманчайского договора Карабах был окончательно присоединен к России.
В ходе революции 1917 года и последовавшего распада Российской империи Карабах недолгое время был в составе Армении, однако вскоре превратился в «передвигающуюся линию фронта».
После переворота октября 1917 года в России Закавказье фактически отделилось. Избранные в разогнанное большевиками Учредительное собрание закавказские депутаты образовали сейм, который 9 апреля 1918 года провозгласил Закавказскую Демократическую Федеративную Республику, куда вошли будущие Грузия, Армения и Азербайджан.