สภาพภูมิประเทศเป็นเทือกเขาสูงสลับซับซ้อนเรียงรายกันอยู่ตามเทือกเขาถนนธงชัยลดหลั่นลงมาจนถึงพื้นราบ ประมาณ 40-50 ลูก ยอดที่สูงที่สุดคือ “ยอดเขาโมโกจู” สูงจากระดับน้ำทะเลประมาณ 1,964 เมตร เป็นแหล่งต้นน้ำลำธารต้นกำเนิดของลำน้ำแม่วงก์ ส่วนพื้นที่ราบมีไม่มาก ส่วนใหญ่อยู่บริเวณริมแม่น้ำ[5]

โดยลำน้ำแม่วงก์ หรือแม่เรวา เป็นแม่น้ำหรือลำน้ำสายหลักของอุทยานแห่งชาติแม่วงก์ มีลักษณะภูมิประเทศที่หลากหลายมีระบบนิเวศพิเศษ มีลักษณะเป็นลำธารที่ราบมีเกาะแก่งต่าง ๆ มากมายเป็นที่ตั้งของป่าละเมาะอันเป็นที่อยู่ของสิ่งมีชีวิตต่างๆ ที่สำคัญและหายากใกล้สูญพันธุ์ ขณะที่ป่าริมน้ำเป็นถิ่นที่อยู่ของเสือโคร่งพันธุ์อินโดจีน, แก่งลานนกยูง เป็นที่อยู่และจับคู่ผสมพันธุ์ของนกยูงพันธํ์ไทยที่เหลือเพียงไม่กี่แห่งในประเทศไทย รวมถึงนากใหญ่ขนเรียบ ขณะที่ในลำน้ำพบปลาน้ำจืดอีกกว่า 60 ชนิด เช่น ปลาตะพากส้ม, ปลาเลียหิน[6]