天柱山属于大别山的余脉，地形自主峰的高山区逐渐向东北、西南方向的丘陵过渡，随海拔高度渐次下降，依次分布中山、低山、丘陵、盆地、溪涧等地貌。

主峰腹地属于中山地貌，有海拔千米以上的山峰47座，多峡谷分割，危崖耸立，奇石遍布，形成气势磅礴的峰林峰丛景观。

主峰的外围属于低山地貌，海拔在500～1000米之间，多瀑布、井潭分布；

主峰之下有多级山间盆地，规模较小，海拔在1000米以下；

天柱山边缘地带为丘陵地貌，海拔小于500米，二长片麻岩、黑云母斜长片麻岩、斜长角闪岩、榴辉岩、大理岩等遍布。

这种地貌组合构成了公园极具特色的地质地貌景观。