Khánh Vĩnh có địa hình chủ yếu là đồi núi và phân thành 2 khu vực chính. Khu vực phía Đông, dọc theo lưu vực các phụ lưu của sông Cái chủ yếu là các đồi thấp, khu vực phía tây và phía Nam chủ yếu là các núi cao với nhiều đỉnh núi cao từ 1500  m đến trên 2000  m, trong đó có Đỉnh Hòn Giao (2062  m) là đỉnh núi cao nhất tỉnh Khánh Hòa. Do nằm ở thượng nguồn của sông Cái Nha Trang, huyện Khánh Vĩnh có mật độ sông suối cao hơn so với các huyện khác trong tỉnh, Mật độ sông suối bình quân là 0,65 km/km². Hầu hết sông suối đều xuất phát từ các dãy núi cao ở phía Nam, Tây và Bắc rồi tập trung về sông Thác Ngựa và sông Chò chảy về sông Cái Nha Trang[2]

Tài nguyên khoáng sản của Khánh Vĩnh chủ yếu gồm thiếc, cao lanh... và các loại gỗ quý hiếm. Khánh Vĩnh có 87.198,99 ha đất rừng. Độ che phủ thường xuyên chiếm 75% diện tích tự nhiên của huyện[2] với tổng trữ lượng gỗ lên đến 10 triệu m3, trong đó khoảng 9 triệu m3 tập trung ở rừng rậm và rừng trung bình.[1]