วนอุทยานน้ำตกแม่เฉย เป็นที่ลาดเขาสูงชัน สลับกับเนินเขาสลับซับซ้อน มีความลาดชัน ๓๐ ๖๐% ความสูงจากระดับน้ำทะเล ๔๘๙ ๖๙๖ เมตร และที่อยู่สูงกว่าระดับเก็บกักน้ำสูงสุดของอ่างเก็บน้ำห้วยแม่เฉย ซึ่งลักษณะภูมิประเทศ เป็นแบบลักษณะ ผืนป่าธรรมชาติ และผืนป่าฟื้นฟูสภาพตัวเอง และด้วยการปลูกป่าทดแทน เป็นป่าผสมธรรมชาติและป่าปลูกทดแทน ลักษณะธรณีวิทยาและดิน ชนิด ดิน กลุ่มดินเนื้อปานกลางหรือดินร่วน ได้แก่ ดินร่วน ดินร่วนเหนียวปนทราย ดินร่วนเหนียวปนทรายแป้ง ดินร่วนปนทราย ดินร่วนปนทรายแป้ง หินกรวดมน หินควอร์ตไซต์ ปะปนอยู่บ้างเป็นดินลึก (๐.๕ – น้อยกว่า ๑.๕ เมตร) ความสามารถอุ้มน้ำของดินปานกลาง ดินมีสีน้ำตาล น้ำตาลปนเหลือง มีการระบายน้ำดี ปฏิกิริดินเป็นกรดจัดถึงกรดเล็กน้อย (pH๕.๑ ๖.๕) พบหินโผล่น้อยกว่า ๒% ของพื้นที่ การยึดตัวของดินปานกลาง และสภาพพื้นที่มีความลาดชันสูง (มากกว่า ๒๐%) มีโอกาสที่จะเกิดการชะล้างพังทลายและแผ่นดินถล่มได้ง่ายกว่ากลุ่มดินเนื้อละเอียด