Biebrzański Park Narodowy obejmuje znaczną część Kotliny Biebrzańskiej -wielkiego obniżenia terenu o długości ponad 100 km, powstałego w okresie zlodowaceń: środkowopolskiego i bałtyckiego. Wypełniają kilkumetrowa warstwa torfu. Jest to największy i najbardziej naturalny w Europie Środkowej kompleks torfowisk o powierzchni ok. 90000 ha.
Dolina Biebrzy jest otoczona ze wschodu, południa i zachodu przez wysoczyzny morenowe - Białostocką, Kolneńską i Wysokomazowiecką -utworzone podczas zlodowacenia środkowopolskiego. Na północy granice wyznacza wysoczyzna morenowa uformowana podczas ostatniego zlodowacenia (Bałtyckiego). W okolicach Augustowa dolina jest otoczona strefą głębokich jezior i kotlin polodowcowych. W Kotlinie Biebrzańskiej wyróżnia się trzy odrębne części zwane basenami: północny - obejmuje dolinę na wschód od Sztabina, środkowy - od Sztabina do Osowca i południowy od Osowca do ujścia Biebrzy do Narwi. Basen Północny, zwany też basenem górnym Biebrzy, zajmuje 40-kilometrowy odcinek doliny o szerokości 1 - 3 km. Złoża torfu mają tu miąższość 3 - 6 m i miejscami są podścielone przez gytię.