کبیرکوه رشته کوه مرتفعی است که به موازات زاگرس و با جهت شمال غربی- جنوب شرقی، در این منطقه وجود دارد و ۲۶۰ کیلومتر امتداد دارد. رشته‌های متعددی از این کوه به سوی غرب شهرستان ایلام امتداد یافته‌اند که به تدریج از ارتفاع آن‌ها کاسته می‌شود تا این که در نواحی مرکزی کشور با سطح زمین یکسان می‌شوند. ارتفاعات اولیۀ این رشته کوه در گردنۀ بانه‌سر، در جنوب جلگۀ ایلام، دیده می‌شوند. کبیرکوه به موازات ساحل راست رود سیمره، دیوار بلندی تشکیل داده و در تمام طول خود موجب بالا بردن ارتفاع منطقۀ ایلام شده است به‌طوری که نواحی واقع در شرق و شمال شرق آن پیشکوه، و نواحی واقع در غرب و جنوب غرب آن پشتکوه نام گرفته‌اند.

نیمه شرقی و شمال شرقی منطقه، از کوهستان‌ها و ارتفاعات بلند، و نیمه غربی و جنوب غربی آن، از نواحی کم ارتفاعی تشکیل یافته‌اند که دشت‌های گرمسیری مهران، دهلران و دشت عباس را شامل می‌شود. ارتفاع این منطقه از سطح دریا کمتر از ۳۰۰ متر است.

بلندترین قسمت این رشته کوه ۲۷۹۰ متر از سطح دریا ارتفاع دارد.

دامنه‌های شرقی کبیرکوه با شیب تند به دره‌های ژرف و پرآب منتهی می‌شوند و دامنه‌های غربی آن، که مرز ایران و عراق را تشکیل می‌دهند، دارای منابع نفتی و ذخایر زیرزمینی فراوان‌اند.

قلل کبیرکوه عبارتند از: شاه احمد، تبریز، کله‌باد، فیلمان، دماغۀ انار، ریواسان، پونه، سبزخانی، زرین، گل‌گل که اکثر آن‌ها در تمام مدت سال پوشیده از برف و یخ‌ می‌باشند. آثار حیات از دوران‌های گذشته در غارها و شکافههای مختلف کبیرکوه دیده می‌شوند.

کبیرکوه به‌خصوص در قسمت‌های شمالی، زیر پوشش جنگل‌های بلوط قرار گرفته است و به علت دریافت نزولات جوی، دارای مراتع غنی و پوشش گیاهی، از نوع معتدل و سردسیر است.