Göyçay r-nunun ərazisi iki geoloji rayona-dağlıq və düzənliyə ayrılır. Dağlıq zonaya Bozdağ Qaraməryam tirəsini (Qaraməryam uvalları), düzənliklərə isə rayonun qalan ərazisini aid etmək olar. R-n ərazisi əsasən Şirvan düzünün şm. kənarını əhatə edir. R-n ərazisinin şm. hissəsini hündürlüyü 650 m olan Bozdağ tutur. Ümumiyyətlə, r-nun relyefi müasir eranın (kaynozoy) III və IV geoloji dövrlərinə aiddir. (Dağlıq sahə III dövrün, düzənlik sahə IV dövrün məhsulu). R-n ərazisinin 20%-i dağlıq, qalanı düzənlikdir. Ərazinin bəzi sahələri müasir çöküntülərlə örtülmüşdür.
Ümumiyyətlə, bütün r-n ərazisinin səthi gil, gillicəli torpaqlardır, bəzi sahələrdə qum kimi çöküntülər 10-15 sm qalınlığında qat yaradır.
R-n ərazisinin c.-q. hissəsi (Alpout k. yaxınlığı) okean səviyyəsindən aşağıda yerləşir. R-nun şm.-q. hissəsindən başlayaraq Xosrov dağı, Mirzəhüseynli dağı, Arvan dağı, Bozdağ, şəhərin ş. tərəfində Çayarxı dağı, Şıx dağı, Çıraq dağı, Törə dağı, Qaraməryam dağı, Yekəxana dağı, Şahsoltanlı və Cərmədil dağları, c. yamacda isə Heydaralı və Gözəlçə dağları yerləşir. Bu dağlar təpəlikdən ibarət olmaqla Qaraməryam uvalları adlanır. Şiddətli yağışlar zamanı bu dağlar arasında dərələr əmələ gəlmişdir ki, bunlardan Arvand, Şıx, Çıraq, Bərk, Qaraməryam dərələrini və s. göstərmək olar.
Ümumiyyətlə, Göyçay ərazisində Pliosen və Antropogen süxurlar geniş yayılmışdır.
Ərazidə ən hündür sahə Arvan dağı adlanan sahədir. Bu da geomorfologiyasına görə alçaq, intensiv parçalanmış qırışıqlı dağlardır. Ərazi tektonik cəhətdən son erogen mərtəbəsinin üst yarımmərtəbəsinə aid edilir. Qaraməryam uvalları zonası tektonik pozulma, qırılma zonasını əhatə edir. Ərazi zəlzələyə məruz qalan zonadır. Zəlzələnin episentri rayon mərkəzindən qərb hissədə +10-15 km, Bığır k. zonasında I episentr, Qaraməryam zonasında +10-15 km təyin edilmə dəqiqliyi ilə seçilir. R-nun dağlıq ərazilərində meşə örtüyü çox zəifdir.
