Geomorfologia i rzeźba terenu Obszar doliny zbudowany jest z granitów, a jej rzeźbę ukształtowały lodowce. Świadczą o tym dobrze zachowane moreny boczne i środkowe, progi dolinne oddzielające kolejne piętra doliny, wyraźnie ukształtowane kotły lodowcowe i wygładzone przez lodowiec bule skalne. Podczas maksymalnego rozwoju lodowiec wypełniający Dolinę Mięguszowiecką łączył się z lodowcem sąsiedniej Doliny Młynickiej w jeden lodowiec piedmontowy. Miał on powierzchnię 3900 ha, grubość 200 m i wyniósł na swoje przedpole największe w całych Tatrach zwały moren. Zajmują one powierzchnię 20 km², a ich łączna objętość wynosi 1,7 km³.
Dolina jest otwarta w kierunku południowym, o dość wąskiej i zalesionej części dolnej, wyżej krajobraz zmienia się na alpejski. W 1906 r. Walery Eljasz-Radzikowski pisał o niej: „...dolina ta wybija się na czoło, należy w ogóle do najbardziej tatrzańskich, jeśli tak powiemy, zjawisk w Tatrach”.