La muntanya està composta bàsicament per roca càlcaria. La serra del Montmell pertany a la serralada Prelitoral, i està situada a la capçalera de la comarca. Els cims més importants són: la Talaia (861 m) des d'on, si el dia acompanya, es veuen el mar, el cap de Salou, les muntanyes de Prades, el Montagut, les muntanyes de Montserrat i Collserola; la Creu (800 m) i el Puig del Castellot (781 m).

El terreny calcari de la serra configura la xarxa hidrogràfica en un conjnt de rieres i torrents: una es la riera de Marmellar, que aboca al riu Foix; alguns torrents, com el de Pedrafita, aboquen al riu Gaià, i finalment trobem uns quants barrancs i torrents, com el de Sant Marc, que formen la riera de la Bisbal.