Heildarflatarmál fylkisins er 199.745 ferkílómetrar (17. í stærðarröð BNA).  Sambandsstjórnin á 5,5% landsins.  Fylkið er nokkurn veginn ferhyrnt í lögun, 395 km frá norðri til suðurs og 610 km frá austri til vesturs.  Hæð landsins er frá 294 m við Stórasteinsvatn í norðausturhlutanum til 2.207 m á tindi Harney Peak í Svörtuhæðum.  Meðalhæð yfir sjó er því u.þ.b. 671 m.

Suður-Dakota er skipt í þrjú landfræðileg svæði:  Miðláglendið, Slétturnar miklu og Svörtuhæðir.  Austurþriðjungur landsins er innan Miðláglendis miðvesturhluta BNA.  Það er öldótt jökullandslag með fjölda stöðuvatna og tjarna.  Hærra svæði milli James og Big Sioux-ánna er þakið dökkum og frjósömum fokjarðvegi, sem gerir það hið afrakstursmesta til ræktunar.  Miðláglendið endar í 90-120 m hárri brún í vestri.  Vestan hennar, í mið- og vesturhluta landsins, eru Slétturnar miklu.  Ísaldarjöklarnir flöttu þennan hluta þeirra austan Missouri-fljóts, þannig að svæðinu svipar til Miðláglendisins.  Vestar, þar sem jöklar fóru ekki yfir, eru djúpir dalir þveráa Missouri-fljóts, sem eru aðskildir með flötum röðlum, allt 150 m yfir dalbotnunum.  Allravestast eru Svörtuhæðir, graníttindar, sem tróna upp í 1.220 m yfir umhverfinu.  Umhverfis hið stóra Svörtuhæðasvæði eru hvassir hryggir úr setlögum, sem fellingahreyfingar hafa hrönglað upp.

Helztu vatnsföll fylkisins eru Missouri-fljótið og þverár hennar (Grand, Moreau, Cheyenne, Bad og White), James-áin, Big Sioux-áin, Rauðá og Minnesota-áin.  Stærstu náttúrulegu stöðuvötnin í jökullægðunum í norðausturhlutanum er Traverse- og Stórasteinsvatn.  Manngerð lón eru víða stærri (Oahe-lón, Francis Case-lón og Louis og Clark-lón, öll í Missouri-fljóti).

Loftslagið.  Í fylkinu ríkir ómengað meginlandsloftslag, heit sumur og kaldir og harðir vetur.  Meðalárshiti er á bilinu 5°C í norðausturhlutanum til 9,4°C í suðvesturhlutanum.  Lægsta skráð hitastig er -50°C (1936) og hið hæsta 48,9°C (1936).  Austurhluti fylkisins er í fremur röku lofti en vesturhlutinn er hálfeyðimerkurlegur og þurr.  Snjókoma er að meðaltali lítil en stórhríðar eru algengar á veturna.

Flóra og fána.  Fyrir landnám hvíta mannsins var mestur hluti landsins grasi vaxinn.  Austantil uxu hávaxnar grastegundir á steppunum en vestantil voru þær lágvaxnar.  Um aldamótin 2000 þöktu skóglendi u.þ.b. 3% af heildarflatarmálinu.  Laufskógaræmur, aðallega baðmullarösp og víðitegundir, vaxa meðfram ánum.  Stærstu skóglendin eru á Svörtuhæðasvæðinu í suðurhlutanum (fura, greni og einir).

Allt fram undir aldamótin 1900 reikuðu stórar hjarðir vísunda um stóru slétturnar í landinu en nú eru hinir fáu, sem eftir lifa, í Custer ríkisgarðinum.  Urmull dádýra lifir góðu lífi í Svörtuhæðum og skógi vöxnum dalbotnum um land allt.  Antilópur og múldýr eru vestan Missouri-fljótsins.  Sléttuúlfar, greifingjar, gaupur, þvottabirnir, sléttuhundar og kanínur eru algengar tegundir víðast hvar.  Suður-Dakota er vinsælt meðal fuglaveiðimanna, sem eltast við fasana og fjölda tegunda farfugla.

Auðlindir, framleiðsla, iðnaður.  Námugröftur nær 1% af vergri þjóðarframleiðslu.  Homestake-gullnáman er einhver hin auðugasta í BNA.  Hún er í Lead í Svörtuhæðum.  Mikið er grafið upp af sandi og möl í öllum hlutum fylkisins.  Meðal annarra jarðefna má nefna úran, kopar, blý, silfur, olíu, surtarbrand og kvartz.

Landbúnaður á 13% í vergri þjóðarframleiðslu (nautgripir, svín, sauðfé) og skilar af sér ýmsum afurðum (nautakjöt, svínakjöt, mjólkurvara og lambakjöt).  Uppskeran er aðallega hafrar, rúgur, maís, hveiti og hey (alfalfa).

Nýting skóga er veigamikill iðnaður (timbur, pappír og girðingastaurar).  Helztu trjátegundirnar, sem eru nýttar, eru ponderosafura og baðmullarösp.

Iðnaðurinn á 10% í vergri þjóðarframleiðslu.  Helztu framleiðsluvörur eru matvæli, vélbúnaður til iðnaðar, timbur, rafeindatæki, málmvörur, nákvæmnistæki, prentað mál og samgöngutæki.