在高度的记载上，除了有记载合欢山主峰是海拔3,417公尺，亦有见记载是海拔3,416公尺；其名虽为「主峰」，但在合欢群峰之中，高度却低于合欢东峰与北峰。整个合欢群峰看似独立的山块，略呈双十字状，合欢山主峰则居于合欢尖山与东峰之西侧，为浊水溪、合欢溪、北港溪之分水岭。其地势呈东缓西陡，并且与岩层之间方向正好平行，构成单斜形态之单面山景观，被地理学家林朝棨评为台湾标准之倾斜坡地形。受到奇莱山断层通过的影响，在克难关以西之合欢山区皆为庐山层，其岩性属黑色到深灰色的硬页岩、板岩及千枚岩和深灰色的硬砂岩互层所组