Территория Катунского заповедника входит в Центрально-Алтайскую физико-географическую провинцию. Включает в себя южные, и в меньшей степени северные склоны Катунского хребта и северные склоны хребта Листвяга. Заповедник расположен в наиболее высокогорной части Катунского хребта (за исключением массива г. Белуха) с гляциально-нивальными, горно-тундровыми и высокогорно-луговыми ландшафтами.

Абсолютные высоты заповедника колеблются от 1300 до 3280 м н.у.м. В пределах Катунского заповедника ярко виден контраст глубоких долин и крутых склонов высоких хребтов. Максимальные превышения водоразделов над урезами рек и озер от 600 до 1000 м. Отчетливо проступает роль воды, снега и льда в формировании внешнего облика гор.

Осевые участки Катунского хребта повсеместно видоизменены древними и современными ледниками, деятельность которых зафиксирована в островершинных пиках и карлингах, карах и корытообразных долинах со множеством красивых озер. Моренные холмы, гряды, следы оползней, селей, лавин – все это указывает на большую активность рельефообразующих процессов.

Климат территории определяется тремя основными факторами: положением в умеренных широтах северного полушария, господством западного переноса воздушных масс с Атлантики и влиянием в зимнее время мощного азиатского антициклона. Среднеянварские температуры в котловинах составляют -18-22°С, а в высокогорьях -15-17°С, тогда как среднеиюльские температуры изменяются соответственно от + 13-+ 15°С до +4-+6°С. Среднегодовое количество осадков от 500 мм в долинах до 1000-1500 мм на водоразделах.

Все поверхностные воды Катунского заповедника представлены истоками р. Катунь и ее притоков. Реки имеют горный характер, как правило, у них крутые отвесные склоны, а днища долин и русла водотоков заполнены валунами, галькой. Уклоны рек достигают большого значения и составляют 20-130 м/км в верхнем течении, 20-30 м/км в среднем течении, а при впадении в р. Катунь они могут иметь равнинный характер. Протяженность речной сети на территории Катунского заповедника 1200 км, густота речной сети 0,79 км/кв. км. На территории заповедника 135 озер площадью 0,9 га и более. Самое большое озеро Катунского хребта – Тайменье имеет площадь 381 га, глубину 67 м. В долине р. Мульта расположен красивейший каскад озер, включающий озера Нижнее, Среднее и Верхнее.

На Катунском хребте находится значительная часть самого мощного в Сибири современного оледенения, в заповеднике расположен Западно-Катунский центр оледенения, насчитывающий 148 ледников общей площадью 79,8 кв. км.

В геологическом строении территории участвуют в основном отложения нижнего и среднего палеозоя, представленные терригенными, вулканогенными и карбонатными отложениями. Нижнепалеозойские отложения развиты в пределах Холдзунско-Чуйского антиклинария, а верхнепалеозойские слагают ряд мелких структур, наложенных на складчатое основание антиклинория, и выходят в крайние части Ануйско-Чуйского синклинория. Четвертичные отложения распространены крайне ограниченно. Располагаются они по долинам современных рек. Среди них выделены аллювиальные, делювиально-пролювиальные, водно-ледниковые и ледниковые.

Палеозойские толщи прорваны интрузивными телами протяженностью от сотен метров до нескольких километров. Среди интрузивных пород преобладают гранодиориты и граниты, в подчиненном количестве представлены основные породы. Интрузивные породы сформировались на протяжении палеозоя в несколько крупных этапов.

Территория заповедника в геологическом отношении изучена слабо, и перспективы наличия полезных ископаемых остаются невыясненными.

© И.А. Артемов, Л.В. Байлагасов, Е.Н. Бочарова, Е.Ю. Диев, М.Ю. Пальцын. Катунский заповедник. // Заповедники России. Заповедники Сибири. II. - М., Логата, 2000. с. 122-128.