大興安嶺山地位於黑龍江省的西北部，其北部和東北為黑龍江谷地，東南部與小興安嶺相接，東部與松嫩平原相連，西部與西南部則與大興安嶺的主體部分相連線。

大興安嶺山地總面積約1146萬平方公里（包括屬內蒙古自治區而由黑龍江省代管的大興安嶺地區的部分）。大興安嶺主體部分在內蒙古境內。大興安嶺是在海西期的大興安嶺褶皺帶基礎上形成的。其地面以花崗岩、石英粗面岩和安山岩為主，其中花崗岩分佈面積最大。在山地軸部邊緣及河谷中還有玄武岩分佈。大興安嶺的海拔高度一般在1000米左右，地勢北高南低，東陡西緩，向東急劇過渡到松嫩平原，向西逐漸過渡到呼倫貝爾盟高原。呼瑪縣境內的大白山是其最高峰，海拔1529米。黑龍江右岸為丘陵。海拔高度400米左右，相對高度40-100米。大興安嶺山體大部分由火成岩構成，巖性均勻，抵抗風化和侵蝕的力量比較一致，因而山峰比較渾園。由於降水量較少，被流水分割的程度不如張廣才嶺和老爺嶺那樣劇烈，因而山上準平原儲存得比較完整。在第三紀末期以後，可能由於冰川曾經在這個地區活動，以至在山地北部黑龍江的一些支流谷地留下了谷底寬平、兩岸壁立的地貌。目前谷中流水細小，兩旁沼澤極為發育。沼澤的形成與永久凍土層的存在也有一定關係。