Le territoire de la feuille Carmaux est situé dans le Sud-Ouest du Massif central. A l'exception de la région de Lédergues-Saint-Jean-Delmous située en Aveyron, l'essentiel de la feuille est dans le Nord du département du Tarn. Le territoire de la feuille comprend deux grands ensembles géologiques distincts : les terrains sédimentaires d'origine continentale et le socle paléozoïque.