Релефът на ПП „Странджа” е хълмист и нископланински – със средна надморска височина 200 м, но с голямо хоризонтално разчленение, типично за високите планини в страната. Повърхнината на Парка е силно раздвижена – със заоблени била, открити морски брегове, стръмни, на места по реките Велека, Резовска и Младежка – ждрелоподобно врязани речни долини и с гъсто разклонена хидрографска мрежа.

В българската част на планината ясно се очертават две основни била – Резовското, което навлиза от Турция с най-висока точка вр. Голямо Градище и Босненското, което тръгва от граничния връх Кервансарай и завършва на юг от гр. Царево, с доминиращ масив Голямата Папия (501 м н.в.). Други доминиращи върхове на територията на Парка са Дряньовица – 684 м, Голямата могила – 603 м Гарваница – 524 м, Сърнеково – 520 м, Босна – 453 м н.в. Северната граница на Природния парк минава по рида Босна.

В западната част на Странджа от Варовник през Младежко, Звездец, Бръшлян, Стоилово и Малко Търново карстовият тип релеф се обуславя от най-вече от водоразтворимите свойствата на карбонатните скали. Карстовият релеф се проявява с разнообразни форми: кари, въртопи, понори, каверни и и над 130 различни по големина и сложност пещери. Масиви и склонове от мощен карст, скални образувания, скалисти пропасти и проломи са оформени край с. Младежко, и м. Докузак, Петрова нива и Ковач.

Геоложки феномени в крайбрежната част на Парка са доминиращият вулканичен рид Папия – най-високият връх по Западното Черноморие, образуван в периода на късната креда, и най-живописните геотопи по българското черноморско крайбрежие: „Устие на Велека” и „Силистар” – с изключителните пясъчни коси и с фиордоподобните брегове от вулканичен произход. Научната и естетическа стойност на крайбрежните геоложки феномени им придава качества на открито изложение – музей на палеовулканологията.