Územie okresu pokrývajú geomorfologické celky subprovincií Vnútorné Západné Karpaty a Vonkajšie Západné Karpaty, ktoré patria do provincie Západné Karpaty.
Zo subprovincie Vnútorné Západné Karpaty pokrývajú juhovýchodnú časť územia okresu geomorfologické celky oblasti Fatransko-tatranská oblasť. Juhovýchodne leží celok Strážovské vrchy s podcelkom Zliechovská hornatina a jeho časťou Strážov. Vo východnej časti okresu sú to celky Súľovské vrchy s podcelkami Manínska vrchovina s časťou Maníny a Súľovské skaly s časťou Súľovská kotlina. Juhovýchodne od nich sa nachádza celok Žilinská kotlina s podcelkom Domanižská kotlina.
Zo subprovincie Vonkajšie Západné Karpaty pokrývajú centrálnu a severovýchodnú časť územia okresu geomorfologické celky oblasti Slovensko-moravské Karpaty. V centrálnej časti leží celok Považské podolie s podcelkami Podmanínska pahorkatina v strede a Bytčianska kotlina na severe. V severozápadnej časti leží celok Javorníky a jeho podcelky Nízke Javorníky s časťami Púchovská vrchovina a Javornícka brázda a Vysoké Javorníky s časťou Javornícka hornatina, ktorá tvorí severozápadnú hranicu okresu.