Dalen kan deles i to deler. Den øvre Valtellina er en nokså smal og bratt dal, øverst i nord–sydlig retning, så i nordøst–sydvestlig retning. Denne delen ligger mellom Livigno-Alpene (opptil 3439 moh.) i vest og Ortler-Alpene (3905 moh.) og Sobretta (3296 moh.) i øst. Over Foscagnopasset er den forbundet med Val di Livigno, over Umbrailpasset med Val Müstair (Graubünden, Sveits), over Stilfspasset med Vinschgau (Syd-Tirol), og over Gaviapasset med Val Camonica (Lombardia) og Val di Sole (Trentino). Hovedbyen er Bormio. Sidedaler av den øvre Valtellina er Val Fraele (ubebodd), Val Viola Bormina og Val Grosina på dalens høyre (vestre) side, og Valfurva på dalens venstre (østre) side.