大渡河通常以泸定以上为上游，泸定至乐山市铜街子为中游，铜街子以下为下游。

- 上游：上段为海拔3600米以上丘原，丘谷高差100-200米，河谷宽阔，支流多，曲流漫滩发育。至泸定为上游下段，河流穿行于大雪山与邛崃山之间，河谷束狭，岭谷高差在500米以上，谷宽100米左右，谷坡陡峻，河中巨石梗阻，险滩密布。

- 中游：泸定至石棉，蜿蜒于大雪山、小相岭与夹金山、二郎山、大相岭之间，地势险峻，谷宽200-300米，谷坡40-70度，水面宽60-150米，河中水深流急。石棉以下，河流急转东流，绕行于大相岭南缘，横切小相岭、大凉山北端及峨眉山后进入四川盆地西南部的平原丘陵地带，汉源至峨边的局部河道狭窄，河宽约60-100米，谷坡陡峭。

- 下游：轸溪至铜街子河长63公里，直线距仅7公里，形成一大河湾。河流两岸阶地分布广泛，并有较大面积的阶地。进入平原丘陵地带后，河谷渐阔，地势较为平坦，水流相对平缓。

大渡河上游属于川西高原气候区，中下游属于四川盆地亚热带湿润气候区。5到10月是雨季，约占全年总降水量的80%至90%，暴雨多发生在6到9月，经常是夜雨。

由于大渡河地处青藏高原与四川盆地过渡地带，地势西北高、东南低，海拔高差显著，最高海拔7556米（贡嘎山主峰），最低海拔461米（大渡河出口），最大相对高差达7095米。

河谷形态多样，上游为典型的“V”字形侵蚀河谷，河床海拔1.5-2千米，缺乏堆积地貌；中、下游呈“U”字形，海拔0.5-1.5千米，谷深0.7-1.4千米，发育6级河流阶地。

峡谷众多峡谷河段占全河70%以上，如金口大峡谷，长26千米，最大谷深2600米，谷宽仅70-150米，谷坡陡峭，气势雄伟壮观。在中游地区，除峡谷外，还存在汉源至石棉、加郡至泸定等宽谷与盆地地貌。

主要支流有南桠河、尼日河、绰斯甲河、梭磨河、革什扎河、小金川、金汤河、瓦斯河、田湾河等。

- 南桠河：发源于石棉县与九龙县交界处的鸡丑山，流经石棉县，在大渡河西岸注入大渡河。

- 尼日河：发源于凉山彝族自治州喜德县境内小相岭，是大渡河右岸支流，干流自南向北流经越西县城和甘洛县城，最终在甘洛县尼日村附近注入大渡河。

- 绰斯甲河：发源于青海省果洛山东南麓，是大渡河的西源，在马尔康县可尔因与足木足河、梭磨河汇合后称大金川。