Územie okresu pokrývajú geomorfologické celky subprovincií Vnútorné Západné Karpaty a Vonkajšie Západné Karpaty, ktoré patria do provincie Západné Karpaty.
Zo subprovincie Vnútorné Západné Karpaty pokrýva juhovýchodnú časť územia okresu geomorfologický celok Strážovské vrchy patriaci do oblasti Fatransko-tatranská oblasť. Územie okresu zasahujú jeho podcelky Zliechovská hornatina časťami Strážov na východe, Zliechovská kotlina, Javorinka a Belianska vrchovina na juhu, a na západne Trenčianska vrchovina časťami Butkovské bradlá, Butkovská brázda, Porubská brázda, Teplická vrchovina a Holáne.
Zo subprovincie Vonkajšie Západné Karpaty pokrývajú centrálnu a severozápadnú časť územia okresu geomorfologické celky patriace do oblasti Slovensko-moravské Karpaty. Centrálnu časť zasahuje celok Považské podolie svojimi podcelkami Podmanínska pahorkatina na severovýchode, Ilavská kotlina na juhu a Bielokarpatské podhorie na juhozápade. Severozápadne od neho leží celok Biele Karpaty s podcelkami Kýčerská hornatina na severe, Kobylináč na západe a Vršatské bradlá s časťami Vysoké Vršatce, Podvršatská brázda a Vršatské predhorie.