Budowa geologiczna Góry Orlickie zbudowane są z tzw. metamorfiku bystrzycko-orlickiego, stanowiącego część tzw. metamorfiku orlicko-kłodzkiego, albo kopuły kłodzko-orlickiej. Tworzą je skały metamorficzne: głównie różne odmiany gnejsów oraz łupków łyszczykowych z wkładkami wapieni krystalicznych – marmurów kalcytowych i dolomitowych, amfibolitów, kwarcytów i in. W kilku miejscach skały metamorficzne przecięte są niewielkimi masywami granitów. Po stronie czeskiej na skałach krystalicznych leżą płaty górnokredowych piaskowców.
Góry te dzięki dużej odporności skał są słabo rozczłonkowane, mają szeroką, wyrównaną wierzchowinę z kopulastymi szczytami i łagodnymi stokami.
Klimat Klimat całego obszaru jest dość zróżnicowany: od ostrego, chłodnego i wilgotnego w najwyższych partiach gór (pokrywa śnieżna utrzymuje się tu ok. 110 dni w roku, a średnia temperatura roczna waha się w granicach 3-4 °C) po umiarkowany i ciepły na otwartym na południowo-zachodnie wiatry Pogórzu Orlickim.
Roślinność thumb|250px|Polskie Góry Bystrzyckie, Góry Orlickie i Pogórze Orlickie – potencjalna roślinność naturalna mały|250px|Góry Orlickie (czes.