Da una punto di vista morfologico, nel suo insieme, il settore meridionale del Massiccio del grappa mostra caratteri di altopiano circondato da alte e ripide scarpate, mentre quello settentrionale è modellato in un sistema di dorsali divergenti rispetto alla Cima più alta (Cima Grappa m.1775). L'altopiano è suddiviso da un sistema di valli, di cui le principali sono, nel settore meridionale, la Valle S. Felicita e la Valle del Lastego; in quello settentrionale la Val Cesilla, tribunaria del fiume Brenta, la lunga Val Stizzon, tributaria del torrente Sonna, a sua volta affluente del fiume Piave, la Valle delle Mure (torrente Calcino) e la valle del Tegorzo, tributarie del fiume Piave.

Le formazioni rocciose sedimentarie tipiche del massccio sono, in base all'epoca di formazione, la dolomina (Trias Superiore), il calcare (Giurese Medio Inf.), il rosso ammonitico (Giurese Sup.), il biancone (Cretaceo Inf.). La natura carsica del Grappa ha crato nel corso delle ere geologiche grotte sotterranee, città di petra, doline e inghiottitoi; interessanti sono le morfologie glaciali (es. val elle Foie e Meda) e i conoidi di deiezione sui quali sono sorti i principali abitanti della fascia pedemontana. L'intero Massiccio si estende per circa 400 kmq