Lãnh thổ Hà Tĩnh chạy dài theo hướng Tây Bắc - Đông Nam, địa hình dốc nghiêng từ Tây sang Đông (độ dốc trung bình 1,2%, có nơi 1,8%) và bị chia cắt mạnh bởi các sông suối nhỏ của dãy Trường Sơn, có nhiều dạng địa hình chuyển tiếp, xen kẻ lẫn nhau.

Phía Tây là sườn Đông của dãy Trường Sơn có độ cao trung bình 1500m, kế tiếp là đồi bát úp và một dãy đồng bằng hẹp, có độ cao trung bình 5m, thường bị núi cắt ngang và sau cùng là dãy cát ven biển bị nhiều cửa lạch chia cắt. Về tổng thể, Hà Tĩnh có 4 dạng địa hình cơ bản như sau:

- Vùng núi cao: Địa hình vùng núi cao thuộc phía Đông của dãy Trường Sơn bao gồm các xã phía Tây của huyện Hương Sơn, Hương Khê, Kỳ Anh. Địa hình dốc bị chia cắt mạnh, hình thành các thung lũng nhỏ hẹp chạy dọc theo các triền sông lớn của hệ thống sông Ngàn Phố, Ngàn Sâu, Rào Trổ.

- Vùng trung du và bán sơn địa: Đây là vùng chuyển từ vùng núi cao xuống vùng đồng bằng. Vùng này chạy dọc phía Tây Nam đường Hồ Chí Minh bao gồm các xã vùng thấp của huyện Hương Sơn, các xã thượng Đức Thọ, thượng Can Lộc, ven Trà Sơn của các huyện Thạch Hà, Cẩm Xuyên, Kỳ Anh. Địa hình có dạng xen lẫn giữa các đồi trung bình và thấp với đất ruộng.

- Vùng đồng bằng: là vùng chạy dọc hai bên Quốc lộ 1A theo chân núi Trà Sơn và dải ven biển, bao gồm các xã vùng giữa của huyện Đức Thọ, Can Lộc, thị xã Hồng Lĩnh, Thạch Hà, thành phố Hà Tĩnh, Cẩm Xuyên và Kỳ Anh. Địa hình vùng này tương đối bằng phẳng do quá trình bồi tụ phù sa của các sông, phù sa biển trên các vỏ phong hoá Feralit hay trầm tích biển.

- Vùng ven biển nằm ở phía Đông đường Quốc lộ 1A chạy dọc theo bờ biển gồm các xã của huyện Nghi Xuân, Lộc Hà, Thạch Hà, Cẩm Xuyên, Kỳ Anh. Địa hình được tạo bởi những đụn cát, các vùng trũng được lấp đầy trầm tích hay đầm phá hay phù sa được hình thành do các dãy đụn cát chạy dài ngăn cách bãi biển. Ngoài ra vùng này còn xuất hiện các dãy đồi núi sót chạy dọc ven biển do kiến tạo của dãy Trường Sơn Bắc. Nhiều bãi ngập mặn được tạo ra từ nhiều cửa sông, lạch.