Гора Арарат возвышается на восточной окраине горной цепи Армянский танец, располагающегося по центру Армянского нагорья вдоль правого берега реки Аракс (от среднего течения реки и выше), в 32 км. к югу от армяно-турецкой и в 16 км. к западу от турецко-иранской границ.
Формирование горного массива происходило в период от 1,5 миллиона до 200 тысяч лет назад.
Арарат представляет собой двуглавый стратовулкан, состоящий из (особенно вершины) неогеновых андезитодацитовых и кварц-трахитовых лавовых образований и их пирокластов, накопленных в результате извержений, что делает гору также экструзивной массой. Две вершины вулкана соединяются на высоте 2688 м. Садар-Булакской седловиной (гигантская трещина, являющаяся проявлением на поверхности глубокого подземного разлома). Куполообразное основание Арарата представляет собой палеозойскую и мезозойскую осадочную породообразующую структуру, разделенную тектоническими сдвигами, которые претерпели дифференцированные вертикальные движения в неоген-антропогене (основание Большого Арарата поднялось рядом с вогнутой частью).
Часть тектонических нарушений и возникновение Арарата связаны с большим Юго-Араксинским глубинным разломом земной коры, из которого сначала изверглась кислота, а значительно позже нижележащая магма покрыла фрагментарно-складчатое основание и часть прилегающих вогнутостей сформированных неоген-антропогенными озерно-речными отложениями.
Основная часть расположенных на склонах шлаковых и конических высот являются центрами отдельных потоков извержений антропогенной андезитобазальтовой лавы. Базальтовая лава, стекавшая по склонам Арарата, создала вокруг него горно-холмистую возвышенность длиной 20–25 км и шириной 10–18 км. В результате этого северные и восточные склоны Арарата возвышаются над широкой аллювиальной равниной Аракса примерно на 1000 метров над уровнем моря, юго-западные также поднимаются с равнинной местности примерно на 1500 метров, а на западе довольно низкий перевал отделяет гору от остальной части хребта Армянский танец.
Основание обеих вершин имеет протяжённость около 130 км. в окружности и умеренно обрывистые склоны. В целом Арарат изрезан лучевидными ущельями и расселинами, часто заканчивающимися возвышающимися коническими высотами. Отдельные участки основания представляют собой волнообразные возвышенности высотой 3250-3450 м. На высоте 2800–3000 м., ниспускающиеся и, особенно, предвершинные склоны Арарата покрыты выветренными вулканическими горными породами антропогенного периода, которые называются «каменные моря». Также здесь заметны ледяные следы, опять-таки, периода антропогена.
Гора Малый Арарат, возвещающаяся над уровнем моря на 3925 м., это меньшая из двух вершин расположена в юго-восточной части горного массива. Она представляет собой обычную коническую гору с довольно крутыми и раздробленными склонами без вечных снегов и ледников. Вершина площадью в 1,5 га является волнистой равниной, покрытой скалами и каменными глыбами. Кратер Малого Арарата не сохранился и нет внешних признаков о его существовании.
Большой Арарат, расположенный в 11 км. от Малого, представляет собой пирамидальную гору с резким спуском с северной стороны и скалистой вершиной и занимает площадь в 12 кв.км. Он также не сохранил признаков кратера. На северо-восточном склоне Большого Арарата находится провал, известное как «пропасть Масеац» (Масская) или «провал Великой горы», которая простирается от вершины до подножия около 10 км. и углубляется в предвершинной зоне на 1000 и более метров. Вершина Большого Арарата покрыта вечными снегами, нижняя граница которых в пределах 4100-4250 м. и от которых питаются около 30 ледников (самый крупный — ледник Святого Якова, длиной более 2 км). Ледники на северо-западном склоне опускаются до 3850-3950 м., но в 1845 году в Сасском провале ледник опускался до высоты 2754 м. Площадь вечных льдов Арарата сокращается как минимум с 1957 г. и к 2011 году составила 5,7 кв.км., потеряв по отношению к 1976 году 29%. Хотя многие авторитетные источники указывают высоту Большого Арарата 5165 м. над уровнем моря, но проведенные Shuttle Radar Topography Mission (STRM) в 2007 году измерения показали высоту в 5137 метров. Такая разница, вероятнее всего, из-за постоянного толстого снежного покрова.
Расстояние от подножия горного массива до вершины Большого Арарата составляет 4365 м., что делает его самой высокой горой в мире по относительной высоте.
Арарат располагается в одном из активных сейсмических районов Армянского нагорья. Здесь многократно (по разным источникам: 2450 и 550 гг. до н.э., 139, 368, 851-893, 1319, 1450, 1679, 1783, 1840, 1887 гг. н.э.) происходили землетрясения. При этом достоверно известно, что вулкан извергался в 2450 и 550 годах до н.э., а также в 1450, 1783 и 1840 годах н.э. Это позволяет считать Арарат спящим вулканом.
2 июля 1840 года извержение и землетрясение магнитудой 7.4 разрушили монастырь Святого Иакова у провала Масеац и соседнюю армянскую деревню Акори, в результате чего погибло около 10 000 человек. Землетрясение также временно загородило течение реки Севджур. Мовсес Хоренаци связывает образование провала Масеац с землетрясением 139 года.
На горе Арарат климатическая высотная зональность хорошо выражена. Зима суровая, с устойчивым и высоким снежным покровом. Средние температуры января колеблются от -6 ° C у подножия до -25 ° C на вершине, в июле – от +26 ° C у подножия до 0 ° C и ниже на вершине. Количество атмосферных осадков у подножия не превышает 250 мм. в год, но, по мере движения вверх, увеличивается и достигает на вершине 1000 мм. Большая часть осадков выпадает весной, а минимальная - зимой. Несмотря на обильные атмосферные осадки, склоны вершин Арарата сухие, почти лишенные родников и рек (на Большом Арарате известны только родник Святого Иакова и река Гино) и оставляют впечатление каменной пустыни. Это связано с раздробленностью и пористостью вулканических пород образующих вершину, которые быстро поглощают атмосферные осадки. Осадки, пройдя через лавовые образования, накапливаются в основном в Араратской и Коговитской артезианских бассейнах.
Растительность средней зоны Арарата (1500 - 3500 м.) относительно пышная. Здесь хорошие пастбища и кусты можжевельника. Нижняя зона (ниже 1500 м.) покрыта растениями засоленных и кустарниками сухих почв полупустынь и тростником болот. Только близ родника Сардар (в Сардар-Булакской седловине) растут кусты березы, где также обитают животные и птицы. В прошлом на Арарате были и леса.
