ลักษณะภูมิประเทศของอุทยานแห่งชาติลำน้ำกก มีลักษณะเป็นภูเขาสูงชันสลับกับที่ราบแคบๆ บริเวณหุบเขาเป็นหย่อมเล็กๆ ตอนเหนือและตอนใต้ของพื้นที่เป็นที่สูงลาดต่ำลงมาตอนกลางจะเป็นที่ราบลุ่มน้ำสลับกับร่องเขา มีระดับความสูงตั้งแต่ 500-1,720 เมตร จากระดับน้ำทะเล มียอดดอยช้างเป็นดอยที่สูงที่สุด ซึ่งมีความสูงประมาณ 1,720 เมตร จากระดับน้ำทะเล เทือกเขาที่สำคัญในพื้นที่ได้แก่ ดอยยาว ดอยบ่อ ดอยช้าง ดอยผามูบ เป็นต้น มีแม่น้ำกกซึ่งเป็นแม่น้ำสายสำคัญของภาคเหนือตอนบนไหลผ่านที่ราบลุ่มตอนกลางของพื้นที่ โดยต้นน้ำเริ่มมาจากประเทศพม่าไหลผ่านเขตประเทศไทยที่ตำบลท่าตอน อำเภอแม่อาย จังหวัดเชียงราย จากทางทิศตะวันตกสู่ทิศตะวันออก รวมระยะทางจากตำบลท่าตอนถึงพื้นที่อุทยานแห่งชาติประมาณ 85 กิโลเมตร นอกจากนั้นยังมีลำน้ำในพื้นที่อีกหลายสายที่เกิดจากต้นน้ำในเทือกเขาต่างๆ ในพื้นที่อันได้แก่ ห้วยแม่กรณ์ ห้วยแม่มอญ ห้วยย่าดี ห้วยชมภู ห้วยส้าน ห้วยแม่ซ้าย และห้วยเลาอ้าย ซึ่งลำห้วยต่างๆ เหล่านี้จะไหลไปรวมกันเป็นแม่น้ำสายใหญ่และไหลไปรวมกับแม่น้ำลาวและน้ำแม่กกซึ่งเป็นแม้น้ำสายสำคัญของจังหวัดเชียงราย