Území CHKO Litovelské Pomoraví se podle geomorfologického členění České republiky rozkládá v ose severní části rozsáhlé, severojižním směrem orientované vhloubené části Moravy - Hornomoravského úvalu a v jižní části jejího severního pokračování - Mohelnické brázdě. Jde tedy o styčnou oblast dvou geomorfologických provincií, a to České vysočiny (podsoustava Východních Sudet) a Západních Karpat (podsoustava Vněkarpatských sníženin).

Hornomoravský úval je tedy geomorfologickým celkem Západních Karpat (tzv. vněkarpatských sníženin). Řeka Bečva, která do Hornomoravského úvalu vpadá z táhlé deprese Moravské brány od SV, dělí tuto depresi na východní (holešovskou) a severozápadní (olomoucko-litovelskou) část.

Olomoucko-litovelská část Litovelského Pomoraví se vyznačuje rovinným či mírně zvlněným povrchem ve výškách 200-220 m n.m., který se šíří převážně na málo odolných mladotřetihorních a čtvrtohorních sedimentárních výplní, z nichž však ojediněle vystupují i horniny starého Českého masívu. Tyto horniny budují nejen sousední vrchoviny, ale i Třesínský práh, který představuje strukturní i morfologickou přepážku mezi Hornomoravským úvalem a Mohelnickou brázdou. Jde totiž o tektonicky rozbitý a erozně přemodelovaný zbytek původního spojení Bouzovské a Úsovské vrchoviny.

Vlastní olomoucko-litovelská část Hornomoravského úvalu se dělí do dalších geomorfologických podcelků. V ose úvalu, podél koryta řeky Moravy, se prostírá Středomoravská niva v pruhu 3-5 km širokém - jádrové území CHKO Litovelské Pomoraví. Na Z od Středomoravské nivy mezi Litovlí, Prostějovem a Tovačovem leží Prostějovská pahorkatina s mírně zvlněným erozně-akumulačním povrchem (230-280 m n.m.), z něhož právě místy vystupují horniny starého podkladu.

Mohelnickou brázdu, 3-5 km širokou příkopovitou depresi mezi Bludovem, Zábřehem na Moravě a Třesínským prahem, lze dělit jednak na základní depresi (snad tektonicky podmíněnou) celkového směru S-J, jednak na příčnou a výše položenou Policko-líšnickou kotlinu, orientovanou od Z k V. Ta je dále základní depresí rozdělená na dvě části - západní (líšnickou) a východní (polickou). Základní depresí Mohelnické brázdy protéká řeka Morava a podél jejího koryta se proti proudu šíří z Hornomoravského úvalu a napříč Třesínským prahem zcela bez přerušení Středomoravská niva. Lemuje východní okraj Mohelnické brázdy. Zbývající část základní deprese Mohelnické brázdy i Policko-líšnickou kotlinu vyplňuje mírně zvlněná pahorkatina na málo odolných mladotřetihorních a kvartérních sedimentech, šířící se v úrovních 250-280 a 290-340 m n.m.