Простягається з північного заходу на південний схід між річками Ужем і Тересвою (за іншими джерелами: між річками Ужем і Тисою) на понад 150 км. На південному заході від Полонинського хребта простягаються Вигорлат-Гутинський хребет і Верхньотисинська улоговина, на північному сході — Вододільний хребет і масив Ґорґани. Переважні висоти 1400–1500 м, найвища — г. Стій (1681 м). Долинами річок Ужа, Латориці, Вічі, Тереблі, Тересви розчленований на окремі високі та широковерхі масиви, вершинні поверхні яких займають полонини (хребти) — Полонина Руна, Лаутанська Голиця, Гостра Гора, Боржава, Красна, яким властиві круті схили. Геоструктурно відповідає Дуклянському та Поркулецькому покривам. Складається з флішу. Полонинський хребет відзначається великими коливаннями відносних висот (до 1000–1200 м). Південно-східні схили пологіші ніж інші.