La morfología del relieve se caracteriza por la presencia, en el sector septentrional, de las sierras Pampeanas que muestran alturas modestas que sólo excepcionalmente exceden los 2.000 m.

Originadas durante la era paleozoica y sometidas a un intenso proceso de erosión, la orogenia andina implicó su fractura en forma de bloques, algunos transformados en zonas de hundimiento, otros en sierras, caracterizadas por una marcada y llamativa asimetría entre sus dos pendientes: la oriental, suave y regular, y la occidental, con paredes que se elevan formando laderas abruptas.

Esta provincia mediterránea ocupa las subregiones de las Sierras y Pampas Altas y de los Oasis Pobres, en la Región de las Sierras Pampeanas, y la subregión de la Pampa del Oeste, Pampa Arreica o de las Invernadas, en la región Pampeana, la cual abarca prácticamente todo el Departamento Gobernador Dupuy.

Las sierras que integran la primera subregión se presentan como bloques aislados, fracturados y aplanados, por esto reciben también el nombre de "montañas de bloques" o "pampas.
Con una dirección norte-sur, se extienden entre las llanuras, sobre las que, a veces, forman pedregales.
Se caracterizan por tener laderas desiguales: la pendiente occidental abrupta, que por su pronunciado ascenso se llama “cuesta” y la pendiente oriental suave, que termina en la "costa", zona de contacto de la sierra y la planicie contigua.
También presentan puntas, extremos de la sierra y quebradas, profundos surcos originados por los torrentes, que degradan sus alturas hacia el este y hacia el sur.
Algunas puntas se internan en la llanura, como en las proximidades de la ciudad capital, lo que ha determinado que a los oriundos de San Luis se los llame puntanos.
En el noroeste, se destacan las sierras de Guayaguas, de Cantaltal, Alto de les Animas, de las Quijadas, del Gigante, Alto Pencoso y Cerrillada de la Cabra, que culminan en el Cerro Portillo 1.200 m.

Las sierras que se alinean en el nordeste de la provincia, hasta el Río Quinto, se componen de esquistos cristalinos y especialmente de granitos, y lo hacen constituyendo dos conjuntos separados por el Valle de Concarán, que recorre el Río Conlara.
Desde la localidad cordobesa de Conlara hasta la ciudad de San Luis, 170 km.
Se extiende la sierra homónima, que con una dirección nordeste sudoeste, se continúa en la Sierra Pancanta y culmina en el Cerro Agua Hedionda 2.150m.
La Sierra de Comechingones, en el limite con Córdoba, es el segundo conjunto con el cual se conforma el denominado macizo puntano, que agrupa las sierras de San Felipe, de Tilisarao, de la Estanzuela, del Morro, del Partezuelo, del Yulto, y los cerros Blanco, del Monigote, Sololosta, Barroso, Despeñaderos, Tinaja y Valle de Piedra.

Las planicies no se localizan en un lugar determinado, adoptan formas diversas, se encuentran a distintas alturas, y por todo esto reciben nombres diferentes.
Muchas se caracterizan por presentar extensas salinas en sus partes más bajas.
A excepción de los oasis de cultivo, el relieve serrano y plano domina el norte y centro del territorio provincial.
Es el caso de la Pampa de las Salinas, en el noroeste que continúa en las provincias de San Juan y La Rioja, y la Salina del Bebedero, al sudoeste de la capital.
También se destacan el Potreto del Morro y la Planicie de la Toma.

La Pampa del Oeste, Pampa Arréica o de las Invernadas, debe sus denominaciones a su ubicación geográfica respecto a la Región Pampeana, por ser un área predominantemente sin desagüe y por sus inviernos prolongados y secos.
El sur de San Luis se extiende en esta región, que se caracteriza por su relieve llano, con médanos arenosos y bancos de tosca.

En algunos sectores de la pampa occidental, llamada estepa, se encuentran grandes espacios cubiertos de arena que el viento remueve y deposita, son las travesías, extensos arenales con médanos vivos, que imposibilitan el asentamiento humano.
La más importante es la Travesía de San Luis.
Son extensos y numerosos los médanos que se hallan al este del Río Salado y al sur de la ruta nacional Nº 188.
También se observan depresiones con suelos salitrosos.