[1] Formadas en la era Paleozoica, estas montañas están compuestas por rocas de granito, gneis, cuarcita y esquistos hornbléndico.
Los macizos cristalinos se encuentran separados entre sí por llanuras que son antiguas fallas formadas en el Oligoceno y costas con depósitos marinos recientes.
El departamento está conformado por el Macizo Guajiro al noreste, un macizo antiguo que abarca la península de La Guajira y comprende las serranías de Jarara Cocinas, Carpintero y La Macuira, esta última posee la máxima elevación que alcanza el cerro Palúa con 865 m;[2] además el cerro LaTeta y Huitpana.
[3] Al suroeste está la Sierra Nevada de Santa Marta, un macizo joven que alcanza su máxima altura en el pico Codazzi con 5.390m,[4] llegando a ser la mayor elevación del departamento.
La planicie aluvial surcada por los ríos Ranchería y Cesar se encuentra a una altitud promedio de 200 m, a diferencia de la planicie baja del centro del departamento que posee altitud inferior a 50 m y constituye la mayor porción territorial.