Tra le decine di vette che superano i 2.000 metri di quota spiccano il Vettore (2476 m.), il Monte Sibilla (2.175m.), la cima del Redentore (2448 m.), il Monte Priora (2332 m.), il Monte Argentella (2200 m.).
Dall'asse principale della dorsale appenninica degradano un versante orientale, caratterizzato da valli strette e orientate a Nord (le valli dell'Aso, del Tenna e dell'Ambro), e un versante occidentale in cui si rilevano tre caratteristiche depressioni ad alta quota denominate i Piani di Castelluccio (Pian perduto, Pian grande e Pian piccolo).
Dal massiccio dei Sibillini nascono i fiumi Aso, Tenna, Ambro e Nera. Nel Parco sono situati il lago di Fiastra (artificiale) e, sotto la cima del Vettore, il lago di Pilato (1940 m.).