Pegunungan ini membentang sepanjang 40 mil (64 km) dari timur ke barat, dari Hollywood Hills di Los Angeles hingga ke Point Mugu di Ventura. Gunung-gunung di sebelah selatan membentuk penghalang antara Lembah San Fernando dan Los Angeles Basin, memisahkan "lembah" di utara dan barat-tengah Los Angeles di selatan. Sedangkan pegunungan utara memisahkan Lembah Conejo dengan Malibu. Pegunungan Santa Monica berdiri sejajar dengan Pegunungan Santa Susana, yang terletak tepat di sebelah utara Lembah San Fernando.