Le massif de la Chartreuse est composé d’alternances de calcaires et de marnes ayant entre 160 et 100 millions d'années, puis de grès et de conglomérats de la molasse miocène de 20 millions d'années. Il abrite le célèbre monastère du même nom.
Il est délimité, du côté sud et du côté est, par la vallée de l'Isère, qui décrit un coude à Grenoble en le contournant. Les deux tronçons orthogonaux de cette vallée sont, à droite, la combe du Grésivaudan qui sépare la Chartreuse de Belledonne et, à gauche, la trouée de Grenoble - Voreppe, qui sépare la Chartreuse du Vercors. Le Charmant Som, splendide belvédère, culminant à 1867 m, est un des rares sommets calcaire de Chartreuse qui ne soit pas une crête acérée mais un mont arrondi. A l’inverse, Chamechaude est un sommet au profil élancé le plus élevé de la Chartreuse avec ses 2080 m.
Le parc naturel régional de Chartreuse, créé en 1995, s’étend sur 76 700 hectares et compte 60 communes. Il prend sa place entre 200 et 2082 m d’altitude et possède une réserve naturelle nationale, les Hauts de Chartreuse, de 4 450 hectares. Les forêts du massif lui confèrent sa principale richesse naturelle et présentent une importante diversité grâce à l'étagement altitudinal des reliefs.