Область занимает одно из ведущих мест в минерально-сырьевом комплексе Республики Казахстан. Общая стоимость балансовых запасов твёрдых полезных ископаемых Павлодарского Прииртышья оценивается в 460 миллиардов долларов. Это — уголь и самые разные металлы, включая золото, строительные материалы и многое другое. Часть месторождений давно и успешно разрабатывается, на остальных ведутся дополнительные геолого-разведочные работы, уточняются реальные объёмы полезных ископаемых, условия добычи.

В Павлодарской области сосредоточено более трети всех угольных запасов Казахстана. Самые крупные из месторождений — Экибастузское и Майкубенское, которые хранят, соответственно, 10,5 миллиарда и 2,2 миллиарда тонн энергетического сырья. Перспективны для освоения и девять других месторождений с общим запасом угля около трёх млрд. тонн.

Особенность большинства всех этих месторождений в том, что уголь в них залегает неглубоко, местами его пласты выходят прямо на поверхность земли, поэтому добыча производится открытым способом. За первые полвека освоения Экибастузского бассейна добыто свыше 2 миллиардов тонн угля.

Подготовлено к освоению крупнейшее медно-порфировое месторождение «Бощекуль». Руды здесь залегают близко от поверхности земли и содержат в промышленной концентрации не только медь, но и молибден, серебро, другие ценнейшие металлы. Общие запасы меди во всех месторождениях составляют три с половиной миллиона тонн.

Почти в 150 тонн оцениваются прогнозные запасы месторождений золота, которые кроме этого драгоценного металла, содержат также серебро, медь, цинк, барит. Эти металлы добываются в основном (около 300 тысяч тонн руды в год, из которой выплавляется 300 килограммов золота, пять тонн серебра и 500 тонн цинка) на Майкаинском месторождении.

Месторождения кобальта оцениваются в 14 тысяч тонн, никеля - в 251 тысячу тонн, марганца - в 70 тысяч тонн. Важнейшая особенность рудных запасов -многокомпонентный состав: кроме основных названных металлов, они содержат молибден, бериллий, индий, таллий, галлий, кадмий, германий, селен, теллур и т. д.

В области найдены месторождения малахита и бирюзы. Некоторые специалисты считают, что есть реальные предпосылки для обнаружения технических и ювелирных алмазов.

В Павлодарском Прииртышье отсутствуют открытые месторождения нефти и газа, однако, почти половину территории области занимает Прииртышская впадина, которую геологи считают перспективной на огромные запасы углеводородного сырья. Прогнозные ресурсы нефти оцениваются в 315 миллионов тонн, а газа в 148 миллиардов кубических метров.

В области насчитывается 89 месторождений, так называемых общераспространённых полезных ископаемых: это сырьё для производства различных строительных материалов, для нужд промышленности и для других целей. Так, например, Карасорское месторождение формовочных песков - крупнейшее в СНГ. Примерно 700 миллионов тонн ценнейшего сырья хранит Сухановское месторождение каолиновых (беложгущихся) огнеупорных глин.

В регионе велики водные ресурсы. По территории области протекают более 140 рек. Объём годового стока Иртыша — около ста тысяч кубических километров. Уникален канал Иртыш-Караганда, не имеющий аналогов в мире. Почти на всем 500-километровом протяжении иртышская вода по нему течет в гору, преодолевая водораздел в полкилометра высотой, оснащенные 22 насосными станциями. Без канала невозможно было бы развитие угледобычи и энергетики в Экибастузе, чёрной металлургии в Караганде.

В Павлодарской области насчитывается 1200 больших и малых озёр. Около сотни из них пресные, а остальные солёные. На территории области разведано одиннадцать месторождений подземных вод с эксплуатационными запасами 3,8 миллиона кубических метров в сутки. Все они пригодны для питья и орошения.