Územie navrhovanej CHKO Cerová vrchovina geomorfologicky patrí do Matransko – slanskej oblasti, zaberá časť celku Cerová vrchovina a to najmä Hajnáčsku vrchovinu, Petrovskú vrchovinu a Fiľakovskú brázdu. Najrozšírenejším horninovým typom pohoria sú pieskovce tzv. Fiľakovského súvrstvia, spodnomiocénneho veku. V centrálnej a západnej časti vystupujú aj vulkanity. Sú reprezentované v malej miere andezitmi, ktoré sú strednomiocénneho veku a v prevažnej časti bazaltami z konca treťohôr až začiatku štvrtohôr. Časové rozpätie bazaltovej sopečnej činnosti je od 5 do 1,4 mil. rokov a pohorie sa začleňuje medzi najmladšie v rámci vnútrokarpatského sopečného pásma.
Východná časť navrhovaného CHKO , ktorá je budovaná pieskovcami, má charakter pahorkatiny až vrchoviny. Reprezentujú ju úzke chrbáty, ktoré sú rozčlenené početnými dolinkami. Svahy krátkych chrbátov často dosahujú sklony až 45°, pričom ich nadmorská výška nepresahuje 400 m. Pri modelácii reliéfu badať silný vplyv pôsobenia vodnej erózie na pieskovce, a to nielen vplyvom občasných tokov, ale aj plošného pôsobenia zo zrážok, kde sa odráža rôzna odolnosť rozpadavých pieskovcov a odolnejších tvrdších lavíc. Táto rôznorodosť vytvára pôsobivý krajinársky obraz.
Nezastupiteľný význam v Cerovej vrchovine má vulkanický reliéf. Je reprezentovaný rôznorodými tvarmi, ktoré sú dobre zachované a málo porušené. Majú tak nielen výrazný krajinársky, ale predovšetkým vedecký význam. V území sa nachádzajú tabuľové hory, stolové hory, vypreparované výplne sopúchov,, zvyšky maarov, vypreparované úzke hrebene na lávových prúdoch, čadičové skalné formy, kamenné moria ako aj pseudokrasové jaskyne. Reliéf v tejto časti je členitý, najvyššie nadmorské výšky dosahujú andezitové lakolity, mohutné masívy Karanč , 725 m.n.m. a Šiator, 660 m.n.m. Najnižšie miesto v navrhovanej CHKO Cerová vrchovina sa nachádza vo východnej, pieskovcovej časti , na styku s Rimavskou kotlinou, kde dosahuje výšku 170 m.n.m.