Dalen er en U-dal, dannet av isbreer under tidligere istider. Votedalselva renner gjennom dalen fra sør til nord, og munner ut i Bergheimsvatnet ved Byrkjelo. Videre renner Breimselva gjennom bygda Breim til Breimsvatnet mot vest. Elva har et godt fiske for ørret. Europavei 39 ligger langs elva gjennom hele dalen. Kjøreveien gjennom Votedalen var ferdig i 1889 og erstattet da ruten over Breimsvatnet som hovedvei mellom Nordfjord og Sunnfjord. Klakegg danner vannskille mot Paulselva som renner ut i Breimsvatnet. Ved Klakegg går Stardalselva (som tar i mot smeltevann fra Jostedalsbreen) over i Votedalselva. Sanden i dalbunnen av Votedalen skriver seg fra isbreens sliping av fjellet på opp mot 1 millimeter årlig.