Khu bảo tồn thiên nhiên Nà Hẩu nằm trong vùng địa hình đồi núi trung bình và cao thuộc lưu vực sơng Hồng của dãy Hồng Liên Sơn. Nhìn tồn cảnh các dãy núi cao phổ biến từ 100m đến 1400m, chạy theo hướng từ Tây- Bắc đến Đơng-Nam, thoải dần về phía Đơng-Bắc. Cao nhất trong khu vực là đỉnh núi ở phía Nam, là điểm tiếp giáp ranh giới giữa Nà Hẩu - Phong Dụ Thượng và Văn Chấn, cao khoảng 1783m. Tiếp đến là đỉnh phía Bắc thuộc Núi Khe Vàng cao 1412m, là điểm tiếp giáp ranh giới của ba xã Xuân Tầm, Đại Sơn và Phong Dụ Thượng.
Khu bảo tồn thiên nhiên Nà Hẩu là đầu nguồn của hai lưu vực suối lớn chảy theo hướng Bắc đổ ra sơng Hồng, đó là lưu vực Ngịi Thia trên địa phận ba xã Nà Hẩu, Đại Sơn và Mỏ Vàng, lưu vực thứ hai trên địa phận xã Phong Dụ Thượng thuộc Ngòi Hút. Phân chia giữa hai lưu vực này chính là dãy núi cao 1000m nối 2 đỉnh cao nhất kể trên, là ranh giới giữa Phong Dụ Thượng với Nà Hẩu và Đại Sơn.
Khu vực có các kiểu địa hình chính sau đây:
- Kiểu địa hình núi cao (N1): Được hình thành trên đá biến chất, có độ
cao từ 1200m đến 1783m. Kiểu này phân bố ở trung tâm và ranh giới phía Nam của khu bảo tồn. Mức độ chia cắt mạnh, các sườn núi rất dốc, độ dốc trung bình phổ biến từ 30-350. Tỷ lệ diện tích chiếm khoảng 15% tổng diện tích tự nhiên khu bảo tồn.
- Kiểu địa hình Núi trung bình (N2): Được hình thành trên đá biến
chất, có độ cao từ 900m đến 1200m. Kiểu này phân bố ở ranh giới giữa các xã của khu bảo tồn. Mức độ chia cắt mạnh, các sườn núi rất dốc, độ dốc trung bình từ 25-300, Chiếm khoảng 20% tổng diện tích tự nhiên khu bảo tồn.
- Kiểu địa hình Núi thấp (N3): Thuộc kiểu địa hình này là các núi có
độ cao từ 500m đến 900m phân bố chủ yếu ở các khu vực phía Đơng Bắc và phía Tây của khu bảo tồn. Được hình thành trên các đá trầm tích lục ngun uốn nếp, tác dụng xâm thực bóc mịn, có hình dạng tương đối mềm mại, đỉnh trịn, sườn thoải, độ dốc trung bình từ 20-250, chiếm khoảng 25% tổng diện tích tự nhiên khu bảo tồn.
- Kiểu địa hình Đồi (Đ): Thuộc kiểu địa hình này là vùng đồi có độ cao
từ 300 đến 500m, phân bố chủ yếu ở các khu vực phía Đơng (xã Mỏ Vàng), phía Tây (xã Phong Dụ Thượng) phía Đơng Bắc (xã Đại Sơn) và vùng trung tâm xã Nà Hẩu của khu bảo tồn. Được hình thành trên các đá trầm tích và
biến chất có kết cấu hạt mịn, hiện nay đang được trồng cây quế, cây lâu hoặc canh tác nương rẫy. Độ dốc khơng cao, trung bình khảng 200.
- Kiểu địa hình thung lũng và địa mạo (T): Đây là những vùng trũng
được kiến tạo bởi giữa các dãy đồi núi, các thung lũng suối mở rộng, có địa hình tương đối bằng phẳng, thuận lợi cho canh tác nông nghiệp. Trong phạm vi ranh giới được xác định thành Khu bảo tồn, kiểu địa hình này phân bố tập trung ở trung tâm xã Nà Hẩu (khoảng 350ha) và khu vực làng Bang của xã Đại Sơn (khoảng 70ha).