อุทยานแห่งชาติดอยเวียงผา มีลักษณะภูมิประเทศเป็นเทือกเขาสลับซับซ้อน เทือกเขาวางตัวในเแนวทิศเหนือ – ใต้ เป็นแนวแบ่งเขตจังหวัดเชียงใหม่ – เชียงราย มียอดดอยสูงสุดคือ ดอยเวียงผา มีความสูง 1,834 เมตร จากระดับน้ำทะเลปานกลาง พื้นที่ส่วนใหญ่เป็นป่าต้นน้ำลำธารและแหล่งกำเนิดของลำห้วยใหญ่ๆ ที่สำคัญ โดยเฉพาะเป็นต้นกำเนิดของแม่น้ำฝาง และสาขาหนึ่งของน้ำแม่ลาว เช่น ห้วยแม่ฝางหลวง ห้วยแม่ฝางน้อย น้ำแม่ยางมิ้น