Orlické hory vystupují v severovýchodním okraji Čech táhlým, přes 50 km dlouhým pásmem při hranici s Polskem ve směru severozápad - jihovýchod. Hlavní hřbet pohoří sahá do nadmořské výšky přes tisíc metrů (Velká Deštná 1 115 m).
Geologicky jsou hory součástí orlicko-kladského krystalinika. Budují je především krystalické břidlice (ruly, svory, fylity), někde i amfibolity, místy se zachovaly relikty svrchnokřídových sedimentů.
V dílčím geomorfologickém členění se dělí do tří částí: Deštenská hornatina, Mladkovská vrchovina a Bukovohorská hornatina.

DEŠTENSKÁ HORNATINA
Tvoří severozápadní, nejvyšší a plošně nejrozsáhlejší část Orlických hor. Orlický hřeben tvoří od severu Vrchmezí (1 084m), Šerlich (1 025 m), Malá Deštná (1 090 m), Velká Deštná (1 115 m) - nejvyšší hora Orlických hor, Jelenka (1 097 m), Koruna (1 100 m), Homole (1 001 m), Tetřevec (1 043 m), Kunštátská kaple (1 035 m) a Anenský vrch (995 m). Severovýchodní příkrý svah je založen na tektonické linii. Jihozápadní svahy vybíhají rozsochami, např. Sedloňovský vrch (1 050 m), Maruša (1 042 m), Kamenec (953 m), Zakletý (991 m), oddělenými přítoky horní Bělé, Zdobnice a Říčky.
Hlavními horninami jsou krystalické břidlice (ruly a svory), vzácněji kvarcity a krystalické vápence. V nejníže položené partii, v Orlickozáhorské brázdě se zachovaly křídové sedimenty.
Hlavní hřeben Orlických hor je v současné době převážně odlesněn vlivem emisí a poskytuje daleké výhledy, dříve jen zcela ojedinělé.

MLADKOVSKÁ VRCHOVINA
Nejmenší a nejníže položená část Orlických hor odděluje hornatinu Deštenskou od Bukovohorské. Nadmořská výška zde kromě nejvyšších vrchů Adam (765 m) a Studený (721 m) a hraničního hřbetu nepřesahuje 700 m. Snížený hřbet Orlických hor zde protínají údolí Divoké Orlice (skalnatá údolní partie zvaná Zemská brána) a Tiché Orlice, nad jejímž pravobřežním údolním svahem vystupuje největší skalní skupina Orlických hor, Studenecké skály. Vrchovinu tvoří zejména horniny orlicko-kladského krystalinika.

BUKOVOHORSKÁ HORNATINA
Představuje východní výspu Orlických hor, oddělenou hlubokým údolím Tiché Orlice. Červenovodské sedlo (815 m) ji dělí na severní část (Suchý vrch, 995 m) a jižní část (Buková hora, 958 m).