遠古時期，神農架地區還是一片汪洋大海，是燕山和喜馬拉雅造山運動將其抬升為多級陸地，成為大巴山東延的余脈。山脈呈東西方向延伸，山體由南向北逐漸降低。山峰多在海拔1500米以上,其中海拔2500米以上的山峰有20多座。最高峰神農頂海拔3105.4米，為“華中第一峰”。西南部石柱河海拔398米，是神農架的最低點，最高點與最低點的相對高差為2707.4米。

神農架是長江和漢水的分水嶺，境內有香溪河、沿渡河、南河和堵河4個水系。由于該地區位于中緯度北亞熱帶季風區，氣溫偏涼而且多雨，海拔每上升100米，季節相差3--4天。“山腳盛夏山頂春，山麓艷秋山頂冰，赤橙黃綠看不夠，春夏秋冬最難分”是神農架氣候的真實寫照。由于一年四季受到濕熱的東南季風和干冷的大陸高壓的交替影響，以及高山森林對熱量、降水的調節，形成夏無酷熱、冬無嚴寒的宜人氣候。當南方城市夏季普遍是高溫時，神農架卻是一片清涼世界。

獨特的地理環境和立體小氣候，使神農架成為我國南北植物種類的過渡區域和眾多動物繁衍生息的交叉地帶。神農架擁有各類植物3700多種（菌類730多種，地衣190多種，蕨類290多種，裸子植物30多種，被子植物2430多種，加上苔蘚類可達4000種以上），其中有40種受到國家重點保護；有各類動物1050多種（獸類70多種，鳥類300多種，兩棲類20多種，爬行類40多種，魚類40多種，昆蟲560多種），其中有70種受到國家重點保護。幾乎囊括了北自漠河，南至西雙版納，東自日本中部，西至喜馬拉雅山的所有動植物物種。

神農架是我國內陸保存完好的唯一一片綠洲和世界中緯度地區唯一的一塊綠色寶地。它所擁有的在當今世界中緯度地區唯一保持完好的亞熱帶森林生態系統，是最富特色的壟斷性的世界級旅游資源，動植物區系成分豐富多彩，古老、特有而且珍稀。蒼勁挺拔的冷杉、古樸郁香的巖柏、雍容華貴的梭羅、風度翩翩的珙桐、獨占一方的鐵堅杉，枝繁葉茂，遮天蔽日；金絲猴、白熊、蘇門羚、大鯢以及白鸛、白鶴、金雕等走獸飛禽出沒草叢，翔天林間。一切是那樣地和諧寧靜，自在安詳。

這里還有著優美而古老的傳說和古樸而神秘的民風民俗，人與自然其同構成我國內地的高山原始生態文化圈。神農氏嘗草采藥的傳說、“野人”之謎、漢民族神話史詩《黑暗傳》、川鄂古鹽道、土家婚俗、山鄉情韻都具有令人神往的誘惑力。這里山峰瑰麗，清泉甘冽，風景絕妙。神農頂雄踞“華中第一峰”，風景埡名躋“神農第一景”；紅坪峽谷、關門河峽谷、夾道河峽谷、野馬河峽谷雄偉壯觀；陰峪河、沿渡河、香溪河、大九湖風光綺麗；萬燕棲息的燕子洞、時冷時熱的冷熱洞、盛夏冰封的冰洞、一天三潮的潮水洞、雷響出魚的錢魚洞令人叫絕；流泉飛瀑、云海佛光皆為大觀。

神農架茫茫的林海，完好的原始生態系統，豐富的生物多樣性，宜人的氣候條件，原始獨特的內陸高山文化，共同構成了絢麗多彩的山水畫卷。也使神農架享有了“綠色明珠”、“天然動植物園”、“生物避難所”、“物種基因庫”、“自然博物館”、“清涼王國”等等眾多美譽。在地球生態環境日益遭到破壞、環境污染日趨嚴重的今天，神農架正以其原始完美的生態環境而引起世人矚目。