Die zwischen den südlichen Ausläufern der Moseleifel im Nordwesten und den zur Landschaftseinheit Moseltal gehörenden Moselbergen, bei 180 bis 200 m ü. NN gelegene, ca. 40 km lange und bis zu 7 km breite Wittlicher Senke stellt eine Fortsetzung der Talweitung bei Trier dar, welche von den Randhöhen bis zu 250 m überragt wird. Da die meist sandigen, mittel- bis tiefgründigen Braunerden aus den verwitterten Gesteinen der oberrotliegenden Kreuznacher Schichten, den tonig-schiefrigen Letten und im Südwesten den Terrassensedimenten der Mosel sehr gut nutzbare Ackerböden ergeben, beträgt der Waldanteil weniger als 20 %.
Neben dem Weinanbau im südwestlichen Teil der Senke bestimmt der Obst- und Getreideanbau das Bild der Kulturlandschaft. Laub- und Fichtenwälder sind teilweise stark mit Kiefernbeständen durchsetzt. Grünland mit einem höheren Waldanteil befindet sich im Nordosten der Landschaftseinheit zum Gebirgszug der Moseleifel hin.
Zahlreiche Naturschutzgebiete befinden sich über die Landschaftseinheit verteilt. Hier sind vor allem Feuchtwiesen und Sumpfgebiete, aber auch Mager- und Halbtrockenrasen geschützt. In der Wittlicher Senke wurde das 205 ha große FFH-Gebiet "Mesenberg und Ackerflur bei Wittlich ausgewiesen. Es besteht aus einem tümpelreichen Waldkomplex mit Grünlandanteil auf westlicher Teilfläche und einer von einer Bachaue durchzogenen, artenreichen Ackerflur auf der östlichen Teilfläche.