Huyện Lục Yên bị chia cắt bởi hai dãy núi chính chạy dọc theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, tạo ra các thung lũng, bồn địa bằng phẳng là nơi dân cư tập trung sinh sống và sản xuất từ lâu đời.
Phía Hữu ngạn sông Chảy là dãy núi Con Voi chạy dọc theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, có độ cao trung bình 300 - 400m, đỉnh cao nhất 1.148m, đỉnh tròn, sườn thoải, độ dốc trung bình 400
. Địa hình bị chia cắt tạo thành những thung lũng nhỏ và các khe suối. Toàn bộ vùng này là đất đá cổ phong hoá mạnh rừng tự nhiên còn 50% diện tích, có khả năng phát triển lâm nghiệp, cây công nghiệp và nông nghiệp.
Phía Tả ngạn sông Chảy là dãy núi đá lớn chạy dọc theo hướng Tây Bắc- Đông Nam có độ cao trung bình 935 m, đỉnh cao nhất 1.035 m, có độ dốc lớn, đỉnh nhọn, sườn núi bị cắt xẻ, có độ dốc 700 trở lên, hầu hết vùng núi đá có rừng tự nhiên, độ che phủ rừng hiện tại là 65,5%. Đây là dãy núi đá vôi có nguồn tài nguyên mỏ quý hiếm đã từng bước được đầu tư nghiên cứu, thăm dò và khai thác.
Vùng đất thấp bằng phẳng xen kẽ giữa 2 dãy núi và triền sông Chảy, đất đai phì nhiêu là những khu tập trung dân cư sinh sống và sản xuất nông lâm nghiệp.
22
Vùng hồ Thác Bà được hình thành từ năm 1970 sau khi xây dựng nhà máy thuỷ điện, với tổng diện tích mặt nước thuộc 11 xã vùng hồ huyện Lục Yên là 4.560,5 ha.
Do địa hình bị chia cắt gây không ít khó khăn cho việc xây dựng cơ sở hạ tầng và phát triển kinh tế - xã hội như giao thông vận tải, điện, thông tin liên lạc, phát thanh, truyền hình...