Than Uyên nằm ở một thung lũng lớn khép kín giữa hai khối núi Phan Xi Păng và Púng Luông. Địa hình được hình thành 3 khu vực:
- Khu vực phía Đông là sườn núi phía Tây của dải núi Phan Xi Păng, núi cao địa hình hiểm trở, độ dốc lớn.
- Khu vực phía Tây là đồi núi thấp, độ cao từ 600 - 1.800 m so với mặt nước biển.
- Khu vực giữa: Chạy dọc theo Quốc lộ 32, từ xã Phúc Than đến xã Mường Kim, có độ cao từ 500 - 650m so với mặt nước biển.
Dạng địa hình mang lại cơ hội của huyện phát triển thủy điện nhỏ và vừa (địa hình dốc và nhiều sông, suối).