Бассейн реки Яхрома охватывает территорию в пределах двух физико-географических провинций с ландшафтами водноледниковых, плоских, замедленно дренированных равнин Верхне-Волжской низменности и с ландшафтами плоскохолмистых и холмистых, моренных, свежих, влажных и сырых равнин, представленных возвышенной Клинско-Дмитровской грядой. Клинско-Дмитровская гряда представляет собой восточный отрог Средне-Русской возвышенности. Неширокой полосой (20–55 км) она протянулась от верховьев реки Малой Сестры до верховьев реки Дубны. Отсюда берут начало многие небольшие речки региона. Гряду пересекает канал имени Москвы, на южном склоне создан каскад водохранилищ.

Верхневолжская низменность в пределах территории Северного Подмосковья представлена Дубненской и Яхромской низинами. Значительная часть территории заболочена. Яхромская низина характеризуется наличием расширения, которое начинается от г. Дмитрова и протягивается в северо-западном направлении на 37 км. Современная (освоенная) долина р. Яхрома вложена в древнее озеровидное расширение, сформировавшееся в доледниковое время и в последующее время заторфованное и имеет равнинный рельеф, осложненный мезо- и микропонижениями и повышениями.

На возвышенных элементах рельефа распространены дерново-подзолистые типичные и глееватые почвы, в пониженных участках и пойме – торфяные и почвы с верхним торфяным горизонтом. Торфяные почвы характеризуются благоприятными для сельскохозяйственного производства свойствами, но требуют проведения осушительных мелиораций. Земли лесного фонда занимают значительную часть территории бассейна.