Địa hình Vườn quốc gia Ba Bể mang đặc điểm điển hình của dạng địa hình Kast do núi đá vôi bị phong hóa qua nhiều thời kỳ tạo lên. Có thể chia địa hình VQG Ba Bể thành 5 kiểu chính sau:
- Kiểu địa hình Kast: Chiếm 23,6% tổng diện tích tự nhiên. Núi đá thuộc kiểu địa hình này bị chia cắt thành nhiều khối có dạng lởm chởm, sườn thẳng đứng, cao tới 700 - 800 m. Hầu hết núi đá trong vùng đều có các dạng Kast trên mặt và Kast ngầm tạo ra các hang động, sông, suối ngầm. Giữa các núi đá vôi là các bồn địa được phủ lên trên một lớp đất trầm tích màu đỏ vàng.
- Kiểu địa hình núi trung bình: Chiếm 23% tổng diện tích tự nhiên, phân bố chủ yếu ở phía Đông và phía Nam của Vườn, độ cao trung bình 1000 m, độ dốc > 35o. Bao gồm dãy núi Phia-Bjoóc có độ cao trên 1.000 m chạy dài từ đỉnh Đồn Đèn theo hướng Tây Bắc - Đông Nam đến núi Hoa Sơn với đỉnh cao nhất là Phia-Bjoóc (1.502 m), tiếp theo dãy Pia Đông Phouc và Pou Loung Vai với các đỉnh cao trung bình 1.000 m.
- Kiểu địa hình núi thấp: Có độ cao biến động trong khoảng từ 300 m đến 700 m, chiếm 43,7% tổng diện tích tự nhiên, bao gồm toàn bộ các đỉnh núi thấp dưới 700 m và các sườn núi cao trung bình phía Bắc và Nam hồ Ba Bể. Độ dốc trung bình từ 26o đến 35o, tương đối thuận lợi cho việc phục hồi, phát triển rừng.
- Kiểu địa hình vùng đồi: Có độ cao dưới 300 m, chiếm 3,2% tổng diện tích tự nhiên. Phân bố rải rác xung quanh khu vực lòng hồ và hai bên bờ sông Chợ Lèng. Hiện nay trên phần lớn diện tích chỉ còn lại các trảng cỏ, trảng cây bụi thứ sinh. Tuy nhiên tầng đất khá dày, vẫn còn nhiều khả năng để tái tạo lại thảm thực vật và khôi phục lại hệ sinh thái rừng trong khu vực này.
- Kiểu địa hình hồ và thung lũng: chiếm 6,5% tổng diện tích tự nhiên, phân bố rải rác giữa các dãy núi, ven sông, suối. Hồ Ba Bể nằm ở trung tâm Vườn quốc gia, có diện tích mặt nước hơn 311 ha. Đây là hồ tự nhiên trên núi lớn nhất Việt Nam và là 1 trong 20 hồ tự nhiên nước ngọt đặc biệt của thế giới cần được bảo vệ. Hồ Ba Bể vừa là thắng cảnh nổi tiếng vừa là môi trường sinh sống thuận lợi của nhiều loài động, thực vật thủy sinh.