火星和地球一样拥有多样的地形，有高山、平原和峡谷。由于重力较小等因素，地形尺寸与地球相比亦有不同的地方。南北半球的地形有着强烈的对比：北方是被熔岩填平的低原，南方则是充满陨石坑的古老高地，而两者之间以明显的斜坡分隔；火山地形穿插其中，众多峡谷亦分布各地，南北极则有以干冰和水冰组成的极冠，风成沙丘亦广布整个星球。而随着卫星拍摄的越来越多，更发现很多耐人寻味的地形景观。
火山
火星的火山和地球不太一样，除了重力较小使山能长得很高之外，缺乏明显的板块运动，使火山分布是以热点为主，不像地球有火环的构造。火星的火山主要分布于塔尔西斯高原、埃律西姆地区和零星分布于南方高原上，例如希腊平原东北的泰瑞纳山（Tyrrhena Patera）。
地形图中，在西半球耸立一个醒目的特征，中央即为塔尔西斯高原，高约14千米，宽过6500千米，伴随着盛行火山作用的遗迹，包含五座大盾状火山，包括太阳系最高的奥林帕斯山，有27千米高，600千米宽。其他四座包括艾斯克雷尔斯山、帕弗尼斯山、阿尔西亚山和亚拔山——以体积和1600千米的直径来看是太阳系最大的山。艾斯克雷尔斯山高度大约18225米，曾被误认为是火星最高的山，帕弗尼斯山高度也超过14千米，阿尔西亚山高度大约17.7千米，火山口直径大约116千米，亚拔山在塔尔西斯高原最北边，基座宽达1600千米，但是最高点只有6千米，不过火山口直径却有136千米，是五大火山中最大的一个。在大火山之间亦散布着零星的小火山。
在火星的另一端还有一个较小的火山群，以14.127千米高的埃律西姆山为主体，北南各有较矮的赫克提斯山和欧伯山。
峡谷
一提到火星的峡谷，可能会认为是由水造成的，但事实不止如此。除了水，还有由火山活动形成的。由水造成的又可能是洪水短时间冲刷成的、稳定的流水侵蚀成的或由冰川侵蚀而成；但火山活动所喷发的熔岩流亦可造成熔岩渠道（Lava Channel）。另一个例子则是地壳张裂造成，如水手峡谷。
知识链接：火星上火山湖的遗迹
环绕火星的卫星证实了照片上巨大的陨石坑曾经是一个火山湖。火星车在一个水流的沉积物成扇形的三角洲着陆而发现了它。这个65千米宽的陨石坑虽然已经彻底干枯了，但是这种迹象表明古老的火星上曾经很湿润。图片上的三角洲位于火星南部高地的厄伯斯华德陨石坑，看起来像是一个向右边凹进的半圆。它是在37亿年前一次小行星的猛烈撞击下形成的。
陨坑只有右边是完整的，其余的被一个由后来陨石猛烈撞击形成的更大的霍尔登陨坑所掀起的碎屑覆盖。在图片上看，霍尔登陨坑在图片的左边。
这就是原始的火山湖，火星探测器在一个水流的沉积物成扇形的三角洲着陆而拍摄到的奇观。这个巨大的火星陨石曾是一个火山湖，完全处于潮湿的状态，而如今由于无数次的陨石撞击，它早已干枯。陨石坑的右边保存完整，然而其余部分由后来陨石猛烈撞击形成的更大的霍尔登陨坑所掀起的碎屑覆盖。如今可以看来这个河口三角洲显示火星曾是水世界。狭长，弯曲的河道，用于湖水的流淌和沉积物的储存。由于多年的侵蚀作用和行星的碰撞，沉积物掩埋堆积而促使表面干枯。厄伯斯华德陨坑被完整地保留，只有警示性的115平方千米的三角洲可见。在陨石坑上部附近有一条狭长，弯弯曲曲的河道用来蓄水和储存沉积物的。三角洲的特殊性描绘出了一个曾充满水的火山湖，清晰有力的证据显示火星表面曾有液态水流淌过。厄伯斯华德和霍尔登陨坑都曾很自然地被认定为美国宇航局下一个火星车“好奇号”的着陆点的候选者。