ภูเวียงเป็นเทือกเขาที่วางตัวในแนวเหนือ-ใต้ มีรูปร่างคล้ายกระเพาะอาหาร โดยพื้นที่ตรงกลางค่อนมาทางตะวันออกเป็นแอ่งที่ราบ มีเนินเขาล้อมรอบคล้ายวงแหวนและบริเวณที่สูงลักษณะภูเขายอดตัด
ส่วนลักษณะทางธรณีวิทยาของเทือกเขาภูเวียง เป็นหินตะกอนในกลุ่มหินโคราช ซึ่งเป็นชั้นหินที่ถือกำเนิดหรือสะสมตัวบนแผ่นดินในช
