Tilcara é essencialmente montanhoso. É atravessada pelo pitoresco Quebrada de Humahuaca, através do qual corre o Rio Grande de Jujuy. De leste a oeste é atravessada pelo Trópico de Capricórnio, que passa pela cidade de Huacalera.
Neste departamento praticamente não há planícies, de modo que sua aparência é extremamente montanhosa orográfica.