ลักษณะภูมิประเทศมีทั้งส่วนที่เป็นพื้นดินและส่วนที่เป็นอ่างเก็บน้ำ มีเนื้อที่ประมาณ 45 ตารางกิโลเมตร พื้นที่ป่าเหนืออ่างเก็บน้ำแก่งกระจาน ประกอบด้วยเทือกเขาสลับซับซ้อนของเทือกเขาตะนาวศรี ซึ่งเป็นเทือกเขาที่เป็นเขตแดนระหว่างประเทศไทยและประเทศพม่า ยอดสูงสุดได้แก่ เขางะงันนิกยวกตอง สูงประมาณ 1,513 เมตรจากระดับน้ำทะเลปานกลาง โดยเฉลี่ยสูงประมาณ 500 เมตร ส่วนใหญ่เป็นเทือกเขาหินแกรนิต บางแห่งเป็นเขาหินปูน ในหลายแห่งอุดมไปด้วยแร่ฟลูออไรน์ ปกคลุมด้วยป่าดิบชื้นเป็นส่วนใหญ่ เป็นต้นกำเนิดของแม่น้ำเพชรบุรีและแม่น้ำปราณบุรี ลำห้วยสำคัญของแม่น้ำเพชรบุรีที่อยู่ในเขตอุทยานแห่งชาติแก่งกระจานได้แก่ ห้วยแม่ประโดน ห้วยบางกลอย ห้วยแม่เสลียง ห้วยหินเพิง ห้วยสาริกา ห้วยผาก ห้วยไผ่ และห้วยสามเขา ลำห้วยที่สำคัญของแม่น้ำปราณบุรีในเขตพื้นที่อุทยานแห่งชาติ ได้แก่ ห้วยคมกฤช ห้วยโสก แม่น้ำสัตว์ใหญ่ ห้วยป่าแดง และห้วยป่าเลา [7]