Geografię regionu charakteryzują liczne lodowce, z których jedne − jak Lys − wypełniają całe dolinki, zaś inne − na przykład Brenva − tworzą liczne seraki. Lodowce te są źródłem zarówno wody pitnej, jak i energii elektrycznej. Z niższych grzbietów górskich największą popularnością wśród turystów i miłośników narciarstwa cieszy się grzbiet leżący między dolinami Valgrisenche i Thuile, przy czym tę drugą pokrywa w całości jeden z największych lodowców alpejskich, Rutor, spływający spod szczytu Testa del Rutor (fr. Tête du Rutor).
Region Doliny Aosty zajmuje obszar 3260,9 km² o bardzo zróżnicowanej rzeźbie powierzchni. Główną doliną, ukształtowaną w czwartorzędzie przez lodowiec Baltheus, którego grubość sięgała 1000 metrów, przepływa rzeka Dora mająca źródła u stóp masywu Mont Blanc. Doliny są zalesione, a powyżej granicy lasów rozciągają się hale alpejskie. Najbardziej górzysty region Włoch, bowiem około 60% jego powierzchni leży na wysokości powyżej 2000 m n.p.m.