济源的总体地貌为北高南低、西高东低，北、西、南三面高，中间低。济源盆地为一个向东开口的"牛角川"。白北而南、自西而东依次表现为中山、低山、丘陵、盆地和平原几部分。境内共有大小山头2985座，横亘于华北平原和黄土高原之间。
济源地貌复杂，地势壮观。中山、低山、丘陵和平原相辅相成，构成了大山、大河、平原的壮丽景观。特别是中山区，起伏多变的远峰近峦，险峻恢弘的悬崖峭壁，深邃幽静的峡谷涧溪，动态各异的飞瀑灵泉，集雄、险、奇、秀、幽于一体，构成了这一地区地貌的基本特征。
济源地处华北地层区，先后经历过嵩阳、中条、王屋山、晋宁、加里东、海西、燕山、喜马拉雅等8次造山运动。特别是第三纪末喜马拉雅期的造山运动，市境西部和北部上升为王屋山和太行山，东南部凹陷下沉。西部、北部形成断块山地貌，褶皱和断层非常发育，太古界、元古界、古生界、新生界地层裸露地表，有岩浆岩、变质岩、沉积岩三大岩类数百种岩石，俨然是一部系统的、完整的地质史书。王屋山先后被评定为"国家地质公园"和"世界地质公园"。
