La Grande Casse constitue le point culminant du massif de la Vanoise dans les Alpes, et le plus haut sommet du département. C'est une montagne élancée constituée de roches sédimentaires charriées (calcaires noirs schisteux) lui donnant un aspect de muraille.

Elle se trouve sur la même arête que la Grande Motte (3 653 m) à l'est et n'est séparée de la pointe Mathews (3 783 m) que par le col des Grands Couloirs au sud-ouest. Cette crête constitue la ligne de partage des eaux entre les vallées de la Tarentaise au nord et de la Maurienne au sud. Elle domine également des sommets environnants comme le Grand Bec (3 398 m), la pointe du Vallonnet (3 372 m), les pointes et Aiguille de l'Épéna (3 421 m pour cette dernière), la pointe de la Sana (3 436 m) ou encore le mont Pelve (3 261 m). Le versant Ouest du sommet abrite le glacier des Grand Couloirs, son versant Nord-ouest le glacier de la Grande Casse et son versant Nord-est le glacier de Rosolin.