湖南省的主要山脉有武陵山脉、雪峰山脉、南岭山脉、幕阜罗霄山脉、衡山山脉。

武陵山脉盘踞在湖南省的西北角，属云贵高原云雾山的东延部分。山系呈北东向延伸，弧顶突向北西，为新华夏构造带之隆起，海拔1000m左右。峰顶保持着一定平坦面，山体形态呈现出顶平、坡陡、谷深的特点，最高峰为壶瓶山。武陵山脉地貌发育自北向南分为三支。北支分布于湘、川、鄂边境的八面山、八大公山、青龙山、东山峰、壶瓶山；中支沿澧水干流北侧，有天星山、红星山、朝天山、张家界、白云山等；南支从贵州省境延伸过来，进入湖南省有腊尔山、羊峰山、天门山、大龙山、六台山等，为武陵山脉的主脉，是澧水与沅水的分水岭。上述三支山脉均消失于洞庭湖平原。武陵山脉纵贯湖南省西部，成为东西交通的屏障，但局部地段有较低的山隘如洞口等，构成东西交通的通道。

雪峰山脉从广西进入湖南省境，由南向北经城步、黔阳、溆浦、安化等县，全长300～400km，宽60～80km。走向较复杂，中段向西北突出呈弧形，总的走向为西南—东北走向，地势南段高于北段。主脊海拔1000～1500m，最高峰二宝顶山。北段山势稍缓，海拔500～1000m，最高峰九龙池海拔1622m。山体多由变质岩及花岗岩组成，具有山高谷深、山幅大、延伸长的特点，属中、低山地貌类型。雪峰山脉西坡较缓，东坡较陡，是湖南重要的地理分界线，也是资水与沅水的分水岭。

南岭山脉是我国巨型纬向型构造之一，从总体来看，大致呈东西走向。花岗岩侵入体及变质岩、石英砂岩节理发育的地方抗蚀力强，常形成簇状山岭，多为中山地貌。峰峦挺拔，山势巍峨。道县韭菜岭海拔2009m，临武香花岭海拔1594m。骑田岭、萌渚岭、越城岭、都庞岭绵亘于湘南，海拔1000～1500m，是中亚热带与南亚热带的重要地理分界线，也是长江水系和珠江水系的分水岭。连接湘粤、湘桂间的通道多为南岭山地低谷处。

湖南地形地貌图

幕阜罗霄山脉主要分布于湘赣交界地区，自北而南有幕阜、连云、武功、万洋、罗霄山脉。受燕山运动地质构造的控制，山脉走向呈东北—西南向延伸，长300多千米，呈雁行排列，为湘江、赣江水系的分水岭。海拔900～1600m，山间谷地，多河流，垂直高差大。东南部有桂东、资兴交界的八面山，海拔2042m。山区气候温暖湿润，生长松、杉、楠、樟、竹等树种，有大量热带区系植物分布。林区栖息水鹿、林麝、金钱豹等珍贵野生动物。有铅、锌、铜、金和其他贵重稀有矿藏。罗霄山脉中段，包括江西的井冈山、宁冈、永新、遂川、莲花和湖南的茶陵、炎陵等县的相邻山区，是土地革命时期红色政权的根据地，迄今仍保存有许多革命遗址和文物。

衡山是中国“五岳”之一，位于湖南中部偏东南，雄踞于湘中丘陵之间，略呈南北走向，南起衡阳白露坳，北上湘潭近郊，长约80km。唐《元和郡县志》称“衡山，南岳也，一名岣嵝山”。《舜典》谓虞舜南巡狩至南岳。汉武帝移南岳名于霍山，隋文帝复以衡山为南岳。旧有南岳72峰之说，称回雁（在今衡阳市区）为首，岳麓（在今长沙市区）为足。属华夏及华夏式构造体系，属新华夏系湘东“多”字形构造带。由燕山期花岗岩构成断块山体。初成于侏罗—白垩纪燕山运动，因花岗岩浆侵入，成为穹隆山地。经历长期侵蚀，成为准平原。最高峰祝融峰海拔1290m。天柱、芙蓉、紫盖、石廪、金简、烟霞、祥光、观音、莲花、雷钵、白石等海拔均在1000m以上。垂直带谱明显，海拔800m以下属亚热带常绿阔叶红壤带，以上属矮林、灌丛、草丛黄棕壤带。森林覆盖率67%，有多种珍稀植物、名贵药材及珍奇动物。