El municipio se encuentra situado junto al río Miera como cabecera del valle de igual nombre en el que se pueden contemplar, a ambos lados de la carretera, increíbles paredes de roca caliza que diseñan un paisaje de incomparable belleza. Pero quizá uno de los aspectos que más caracterizan a Liérganes es su situación entre dos pequeñas elevaciones rocosas: Marimón y Cotillamón, de 403 y 399 m de altitud respectivamente, conocidas popularmente como ‘las tetas de Liérganes’. Se trata de un área agreste que abre la puerta al valle de Lunada y desde las que se divisa una panorámica del valle del Miera. La riqueza forestal de esta zona es escasa dada la abundancia de roca caliza, aunque se pueden localizar pequeños bosques de robles, castaños y fresnos.

El modelado cárstico de su paisaje exhibe formas muy espectaculares en la ladera de la sierra de Gándara, el Macizo de Peña Cabarga, de 568 m de altitud, y en las formaciones geológicas de excepcional morfología y color rojizo resultado de la disolución de rocas calcáreas del karst de Cabárceno.

Otras peñas situadas en el municipio son las de Peña Pelada (700 m), situada en la cuenca del Miera, y el Pico Levante (415 m), entre las localidades de Rubalcaba y Liérganes y cuya cumbre es caliza.

Rios. Por el término municipal discurre el río Miera, que da nombre al valle y es uno de los principales de Cantabria. Nace en el Picón del Fraile (1.250 m de altitud) y desciende encajado entre agrestes laderas calizas por el valle hasta llegar a Liérganes, municipio que atraviesa en su totalidad, donde se abre y amansa en profundos meandros. Se trata de un río en el que se localizan importantes cotos de trucha como el de Mirones.