Partie intégrante, avec la Plaine des Cafres, de la couverture entre le massif volcanique ancien du Piton des Neiges et le massif volcanique récent du Piton de la Fournaise, la plaine des Palmistes est desservie dans sa longueur par la RN3, seule route de traversée de l'île. Elle se présente comme une incision en creux dans les pentes Est de l'île, sur 7 km de long pour 4 à 5 de large au maximum.
Cernée par les remparts de l'îlet Patience et du Piton des Cabris, la plaine se déploie en pente douce de 800 à 1200 m d'altitude disparaissant progressivement dans la végétation dense et souvent embrumée de la Grande Montée vers la Plaine des Cafres. Elle est en bonne partie occupée par l'urbanisation diffuse du bourg de La Plaine-des-Palmiste.