El sistema montañoso de México, el más importante del país, que rodea a la altiplanicie Mexicana; constituye la continuación del sistema de la gran cordillera de América del Norte. La vegetación de este sistema montañoso varía con la altitud, la temperatura y la humedad. Predomina un clima templado, por lo que la vegetación de las tierras altas consiste fundamentalmente en bosques de pinos y robles. En algunas laderas expuestas a barlovento, por encima de la zona de pinos (sobre los 1.980 m de altitud), los bosques nublados albergan especies de enormes hojas anchas perennifolias. Como la humedad se incrementa hacia el sur, la vegetación de las tierras bajas comprende un amplio abanico de especies, desde las desérticas del norte hasta las tropicales del sur.
Está formado por tres principales cadenas: la sierra Madre occidental al oeste, la sierra Madre oriental al este y la sierra Madre del Sur, que se extiende a lo largo de la costa meridional. La cordillera Neovolcánica (también denominada eje Volcánico transversal), situada al sur de ciudad de México, es a menudo considerada parte de la sierra Madre.
1) La sierra Madre occidental se extiende paralela al golfo de California desde la frontera con Estados Unidos hasta la ciudad de Guadalajara, a lo largo de unos 1.400 km por la costa occidental de México. Estas montañas, con una altitud media de 2.440 m y una máxima que alcanza los 3.500 m, constituyen el borde occidental de la árida altiplanicie Mexicana. Constituyen un vasto y elevado escarpe cortado por ríos que fluyen hacia el oeste, como el río Fuerte y el río Grande de Santiago, formando profundos cañones, conocidos como barrancas, que pueden superar los 1.000 m de profundidad y rivalizan con el Gran Cañón en magnitud. Esta cadena montañosa está separada del golfo de California por una amplia llanura costera que se ensancha hacia el desierto de Sonora, situado en el Noroeste.
La sierra Madre occidental alberga las famosas minas de plata en cuya busca se lanzaron los conquistadores españoles que llegaron a territorio mexicano en el siglo XVI, los cuales afirmaban que se trataba de los más ricos yacimientos de plata jamás conocidos. Estas minas estuvieron perdidas durante más de 200 años, pero vivas en la memoria del pueblo a través de las descripciones recogidas en numerosos libros y en películas como El tesoro de la Sierra Madre (1948). Las principales ciudades de este sector de la sierra Madre son: Chihuahua, que se encuentra en el extremo nororiental de la cordillera, en el límite con la meseta Central mexicana, de origen volcánico, denominada valle de Anáhuac; Mazatlán, localizada en la vertiente costera; y Victoria de Durango, que se alza en el reborde oriental de la parte central de la cadena.
2) La sierra Madre oriental se extiende, en dirección sureste, a lo largo de unos 700 km, en paralelo al golfo de México, como una sucesión de crestas paralelas desde el gran codo que dibuja el cauce del río Bravo (Grande del Norte) hasta la ciudad de Monterrey. Desde aquí, la cadena adopta una disposición sur que se prolonga hasta la localidad de Puebla, donde se une a la cordillera Neovolcánica transmexicana. La sierra Madre oriental limita al oeste con la altiplanicie Central mexicana y al este con la llanura costera del golfo de México.
Al noroeste de Monterrey esta cadena es baja y está poco definida, con pocos picos que alcanzan los 2.700 m de altitud. Al sur, la cadena presenta una mayor elevación, con picos como el cerro Potosí (3.713 m) y el cerro Peña Nevada (3.660 m). Varios ríos fluyen hacia el este a través de la cordillera, destacando el río Moctezuma, que drena la mesa Central a lo largo de su recorrido hacia el golfo de México. Muchas de las rocas que configuran esta cordillera están compuestas por carbonatos, que han dado lugar a la formación de profundas cuevas. Esta cadena de la sierra Madre contiene depósitos de cobre, plomo y cinc.
3) La sierra Madre del Sur se extiende desde el extremo meridional de la sierra Madre occidental, a lo largo de la costa del Pacífico, hasta el istmo de Tehuantepec. Esta cadena tiene una longitud aproximada de 1.200 km y una elevación que alcanza los 3.850 m, aunque la altitud media es de unos 2.000 m. Contiene depósitos de oro, plata, mineral de hierro y plomo. La ciudad de Acapulco de Juárez está situada en la costa, al pie del sector central de la cadena, y Oaxaca de Juárez en la parte suroriental de la cordillera.
4) La cordillera Neovolcánica, también conocida como cordillera de Anáhuac, eje Volcánico transversal o cinturón Volcánico transmexicano, es una joven e irregular meseta volcánica de más de 2.000 m de altitud, conectada con las cadenas de sierra Madre occidental y sierra Madre oriental al sur de ciudad de México. En esta cadena se encuentran las mayores elevaciones del país, como los volcanes Pico de Orizaba (o Citlaltépetl), Popocatépetl, Iztaccíhuatl y el nevado de Colima, entre otros.