Dos grandes zonas de sierra y selva se encuentran en este departamento, separadas por una zona de transición –como la llamó el geógrafo Isaias Bowman– comprendida entre Rosalina y el pongo de Mainique.

Orográficamente está cruzado por dos sistemas de grandes cordilleras que forman el nudo de Vilcanota al este, pero que en realidad comprenden una serie de pequeños nudos que deberían llamarse nudos del Cuzco» y que separan la meseta del Titicaca del oeste andino peruano. Esta serie se prolonga hacia el oeste por la cordillera de Vilcanota, una de las más inexploradas y grandiosas del Perú, que separa el trópico amazónico conectándose con la cuenca del Apurimac. Hacia el sur se elevan gradualmente los Andes, a la margen izquierda del Vilcanota, formando amplias planicies onduladas cubiertas de pastos, Optimas para el desarrollo de la ganadería y desde donde es relativamente fácil la comunicación con la costa.