Địa hình của huyện tƣơng đối phức tạp, bị chia cắt nhiều, đất đai chủ yếu đƣợc hình thành tại chỗ. Tổng quan địa hình có hƣớng nghiêng dần từ Tây Bắc xuống Đông Nam. Tuy nhiên, bên cạnh những dãy núi còn có nhiều thung lũng bằng phẳng thuận tiện cho phát triển trồng trọt.
Độ cao trung bình của huyện từ 200 m đến 400 m (Cao nhất là 825 m, thấp nhất là 15m). Căn cứ đặc thù địa hình có thể phân chia huyện Thạch Thành làm 2 vùng địa hình: Vùng đồi núi cao và vùng đồi núi thấp.
+ Vùng núi cao: Tổng diện tích: 27.205,46 ha, chiếm 48,65 % diện tích toàn huyện gồm 8 xã: Thạch Lâm, Thạch Quảng, Thạch Tƣợng, Thành Yên, Thành Minh, Thạch Cẩm, Thành Mỹ, Thành Vinh có địa hình phức tạp, độ dốc thƣờng từ cấp III trở lên thuận lợi cho phát triển lâm nghiêp, cây lâu năm và cây công nghiệp hàng năm....
+ Vùng đồi núi thấp: Diện tích 28.713,98 ha, chiếm 51,35% tổng diện tích tự nhiên, có độ dốc thấp hơn và có nhiều thung lũng thuận lợi cho phát triển cây lúa nƣớc, cây công nghiệp hàng năm...
Thổ nhƣỡng: Theo số liệu và bản đồ thổ nhƣỡng của tỉnh, huyện Thạch Thành với diện tích điều tra 49.508,78 ha bao gồm các loại đất đang sử dụng vào nông nghiệp, lâm nghiệp và có khả năng nông lâm kết hợp đƣợc phân cấp độ dốc nhƣ sau: + Đất có độ dốc cấp I (< 30 ) 14.066,17ha. + Đất có độ dốc cấp II (30 - < 80) 5.586,25 ha. + Đất có độ dốc cấp III (80 - < 150) 7.531,66 ha. + Đất có độ dốc cấp IV (150 - < 250) 10.371,64 ha. + Đất có độ dốc cấp V, VI (>250 ) 11.925,46 ha.
Diện tích đất có độ dốc dƣới 150: 27.184,08 ha, chiếm 48,61% diện tích tự nhiên, là đất để phát triển nông, lâm, thuỷ sản, xây dựng cơ sở hạng tầng giao thông, thuỷ lợi, khu dân cƣ,...
Diện tích đất có độ dốc từ 150
tự nhiên, thích hợp cho phát triển lâm nghiệp, cây công nghiệp dài ngày cây ăn quả, thực hiện nông lâm kết hợp,...
Diện tích đất có độ dốc trên 250
: 11.952,46 ha, chiếm 21,37% diện tích đất tự nhiên, phân bố cho trồng cây lâm nghiệp (chủ yếu là rừng phòng hộ).
Ngoài ra, do địa bàn có sông Bƣởi chạy qua, đã chia cắt huyện thành 2 vùng: Vùng tả sông Bƣởi gồm thị trấn Kim Tân và 16 xã; vùng hữu sông Bƣởi có 9 xã.