保护区地处青藏高原向四川盆地过渡的邛崃山脉南段。全境褶皱密集，断裂发育，形成以高山为主的地貌。地势西北高、东南低，地表崎岖，常见相对高度1 000米左右的“v”形深谷。
构造对地貌的影响十分显著。由于中生代末以来七千万年间，印度板块平均每年以6-12厘米的速度，向北漂移了5 000-7000公里，在晚第三纪与欧亚板块相撞并俯冲入其下部，迫使古地中海消失，青藏高原与喜马拉雅山升起。同时印度板块又以每年6-12厘米的速度向东南滑动，因受杨子板块和华北板块所阻，造成了南北向断裂的横断山脉。第三纪后，印度板块仍以上升为主。沿河流分布的三一一四级阶地表明，第四纪以来，印度板块上升达150米，加上河流侵蚀作用，切豁深达二、三千米之多，因而造成该区高山深谷特征。在晚第三纪以前，该区盛行西风，青藏高原崛起之后，破坏了西风环流型式，产生了西伯利亚高压，增强了季风环流活动，热、水条件适宜动植物繁殖。第四纪继震旦纪、石炭纪之后出现了广泛的大冰川活动。该区此时正系高山峻岭区，因此分布着山地冰川，从夹金山冰川地貌与河谷两岸沉积物证明了这一点。当冰川出现时，迫使当地植物随着冰川进退沿南北向河谷往返迁移，与此同时也促进了植物演化，植物在与寒冷气候斗争过程中不断地产生适应性，以新的形态、结构和习性适应新的环境，甚至出现新种。因此，植物丰富多彩，古老植物得以保存，与此相应，动物也种类繁多。
保护区按海拔高度主要分为高山区、中山区两个地貌类型区。
⑴高山区海拔3500米以上，主要分布于东经102°30′ 以西和北纬30°40′以北，以永富和硗碛两乡分布最广，在与康定县交界地带有点状分布的极高山。高山区出露三叠纪地层很普遍，东南与中山区临界带多出露古生界及其以前的地层，并多变质。地质构造主要受金汤弧和宝兴背斜西翼的控制，构造和岩性对地貌形态特征作用明显，现代外营力的流水剥蚀侵蚀和机械风化作用，对地貌影响较显著，山体高大雄伟。西北部沟谷较南部开阔，山体下部较陡，上部和顶部较缓和。在海拔4500米左右的地段以上，老第三纪的山顶夷平面保存较好。石灰岩出露地区，因其多变质，且山地气温低，所以岩溶地貌不甚发育，仅局部有少数溶洞出现。海拔4200 m以上山体，集中分布在保护区北段，最高点在北侧二十四凼，海拔4896 m。天然植被保存较好。
⑵中山区在高山区的东南面，海拔1000米以上，3500米以下。基本是北东向构造带的宝兴背斜轴部及其东翼，现代外营力主要是流水的剥蚀作用，有轻微的岩溶。整个中山区地势东北、西南高，中部低。北部切割深达600－1000米，属中切割山。西北部地表为古生界的白云岩、石英砂岩，局部出露中生界地层和元古界花岗岩与变质岩。东南部地表以三叠系的白云岩、白云质灰岩、灰岩为主，局部有志留系页岩和白云岩。东河以东的城关—民治一带处宝兴背斜核部，地表以元古界花岗岩及变质岩为主，局部出露古生界的白云岩、灰岩和石英砂岩。中山区由于长期的侵蚀和剥蚀，花岗岩出露广泛，山坡陡直，山顶成嶂，多“v”形谷，沿河有1-4级阶地。除东河以东外，这里原始森林的采伐量比高山区大。冲积堆、坡积位于主支流交汇处和山坡下部，零散破碎。冲积台地和洪积台地分布在河流两岸，为农作物地带。
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