Sierra Nevada er del av et større fjellområde kalt Cordillera Penibética, som går fra sørvest i granadaprovinsen til sørøst i almeríaprovinsen. Fjellkjeden er avgrenset av dalene Valle del Lecrín i vest og Valle del Guadalfeo i sør. I nord er den avgrenset av senkningen Depresión Bética, i øst av senkningen Corredor de Gérgal, og i sørøst av dalen Valle del Andarax. Fjellkjeden har en lengde på nesten 80 km, og bredden går fra mellom 15 til 30 km. Den dekker en overflate på mer enn 2000 km².