Горный массив Кара-Даг расположен на юго-восточном побережье Крымского полуострова в зоне, называемой Крымское среднегорье. В этот край наряду с среднегорными ландшафтами, которые здесь преобладают, входит несколько других ландшафтов (например, низкогорных), тесно связанных с ними своим происхождением.
Обособление края началось в результате неравномерного, но значительного поднятия (наибольшего в центральной части Главной гряды, наименьшего - на её восточной и западной окраинах).
Общая величина поднятия только в течение постплиоцена оценивается в 400-500 м.
В результате поднятий верхнеюрская известняковая толща, венчающая Главную гряду, оказалась нарушенной сбросами и трещинами, которые способствовали последующему эрозионному расчленению единой до этого гряды на отдельные яйлинские массивы.
Наряду с этим развиваются карстовые процессы, интенсивность которых находится в прямой зависимости от химического состава известняков, а также характера их залегания.
С различной степенью закарстованности тех или иных частей края связаны их различия в гидрологическом режиме.
В тех местах, где чередуются слои известняков, песчаников и сланцев (восточная часть края, где как раз и находится Кара-Даг), эрозионные процессы явно господствуют над карстовыми.
Здесь вместо характерных яйлинских массивов ярко выражены короткие хребты и гребни, собранные в сложные, запутанные узлы с отдельными вершинами и пиками.
Омывается Черным морем - весьма глубоким (до 2245 м), почти замкнутым, овальной формы, водоемом. По площади своей водной поверхности (413488 км2) эта плоскодонная котловина более чем в 15 раз превосходит площадь Крымского полуострова.