Do nằm cuối dãy Hoàng Liên Sơn nên địa hình tỉnh Phú Thọ bị chia cắt tương đối mạnh, độ cao địa hình giảm dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam. Có thể chia thành 3 dạng địa hình chính như sau:
- Địa hình núi trung bình phía Tây, Tây Bắc và Tây Nam: Kiểu địa hình này chiếm 34,3% tổng diện tích tự nhiên toàn tỉnh, phân bố chủ yếu ở các huyện Thanh Sơn, Yên Lập, phía Tây Cẩm Khê và một phần của Hạ Hòa. Do ảnh hưởng địa hình núi chia cắt, đây là vùng khó khăn trong việc đi lại, giao lưu với nơi khác. Tuy nhiên, vùng này còn nhiều tiềm năng phát triển, nhất là về Lâm nghiệp, khai thác khoáng sản, du lịch sinh thái.
- Địa hình núi thấp và đồi gò bát úp xen kẽ đồng ruộng: Kiểu địa hình này chiếm 40,8% diện tích tự nhiên toàn tỉnh, phân bố chủ yếu ở Đoan Hùng, Hạ Hòa, Thanh Ba, Cẩm Khê, Phù Ninh và một phần Tam Nông - Thanh Thủy. Đặc điểm là đồi núi thấp, địa hình lượn sóng tạo thành hệ thống đồi bát úp, đỉnh cao nhất trên 300m, cao trung bình trên 100m, độ dốc thường dưới 200, cá biệt có nơi dốc trên 250. Vùng này thuận lợi cho việc trồng rừng công nghiệp tập trung với quy mô lớn và cây công nghiệp dài ngày như chè, cây ăn quả, phát triển lương thực.
- Địa hình bằng: Kiểu địa hình này chiếm 24,9% diện tích tự nhiên toàn tỉnh, phân bố chủ yếu ở Lâm Thao, ven sông Lô (thuộc Phù Ninh), Cẩm Khê, Tam Nông, Thanh Thủy, Việt Trì. Địa hình thấp dần về phía Đông Nam. Với dải đồng bằng phù sa mới tương đối bằng phẳng, đây là vùng có tiềm năng thâm canh lúa, màu và cây công nghiệp ngắn ngày.