大别山自然保护区处于中亚热带向北亚热带过渡区域，自然环境独特，地质构造古老复杂，地形自北向南呈阶梯状坡降，依次出现中山、低山、丘陵，并以中山山岳为主要特征，山势雄伟，峭壁千仞，沟壑深邃，峡谷幽长。境内有天堂寨、牛背脊骨、薄刀峰等著名山峰，海拔380至1729米，地形北高南低，是长江支流巴水、浠水的发源地。
大别山自然保护区属长江中下游北亚热带湿润季风气候。气候温湿，雨量充沛，四季分明。区内年均气温12.5度，年平均最高气温18.7度，年平均最低气温8.8度，年降水量1433.4毫米，是湖北省多雨区之一，年平均降水日数156.7天，暴雨日数为6.5天，无霜期230天。
正是由于复杂的地形和独特的气候特征，使大别山自然保护区蕴藏着丰富的生物资源。据调查统计，保护区有高等维管束植物195科、763属、1465种。其中蕨类植物有27科、49属、82种，种子植物有168科、714属、1383种，在种子植物中，裸子植物8科、16属、22种；被子植物160科、598属、1361种。区内分布有珍稀濒危保护植物达35种之多，在这些稀有而珍贵的植物中，受国家重点保护野生植物19种，一级2种：银杏、南方红豆杉；二级17种：金毛狗、大别山五针松、金钱松、巴山榧树、厚朴、榉树、香果树、楠木、野大豆、秤锤树等；国家珍稀濒危保护植物27种，二级11种，它们是银杏、大别山五针松、金钱松、小花木兰、连香树、杜仲、独花兰等；三级保护16种：穗花杉、青檀、领春木、八角莲、黄山木兰、天目木姜子、银鹊树、金钱槭和天麻等。大别山特有濒危物种有大别山五针松、天女花、光柱铁线莲、安徽小檗、大别山鼠尾草。其中大别山五针松区内仅保存2株大树，天女花区内仅有2小片16株，面临绝迹的危险。此外，区内还栽培有国家重点保护植物红豆杉、水杉、珙桐等。保护区内自然植被保存完好，森林覆盖率达90%，居全国保护区前列。大别山自然保护区属北亚热带落叶阔叶、常绿阔叶混交林地带，是湖北目前唯一保存较完整的华东植物区系的代表地。本区植被类型为典型的北亚热带落叶阔叶、常绿阔叶混交林，以壳斗科的落叶栎类分布最为广泛，区内局部地方基本保存着原始次生林特征。保护区内海拔800米以下为常绿、落叶阔叶混交林，分布的主要树种有青冈、苦槠、石栎、冬青、黑壳楠、栓皮栎、茅栗、白栎等；海拔800米至1500米为落叶阔叶林与温带常绿阔叶针叶林，分布的主要树种有栓皮栎、槲栎、化香、枫香、粉椴、槭树、小叶青冈、刺楸、杉木、黄山松等；海拔1500米以上为山地矮林和常绿灌丛，主要分布树种有黄山栎、茅栗、黄山杜鹃等。
大别山自然保护区丰富的植物资源和发育完好的植被为各类动物提供了良好的栖育场所。区内昆虫资源十分丰富，基本上涵盖了湖北大部分昆虫种类，同时，有国家重点保护的拉步甲、中华虎凤蝶等，昆虫资源为保护区壮丽的自然景观增添了丰富的内涵。大别山分布有陆生脊椎动物208种，隶属26目，65科。其中兽类41种、鸟类122种，爬行类32种，两栖类动物13种。在这些种类中处于极度濒危和长时间不断减少的动物高达140种，列入国家一级、二级保护的有26种。国家一级保护的有原麝、豹、金雕、白鹳、大鸨、白肩雕、白尾海雕等，据记载，该地区还曾是华南虎的重要栖息地。此外，穿山甲、白冠长尾雉、豺、小灵猫、白额雁、鸢、赤腹鹰、秃鹫、细痣棘螈、水獭、虎纹蛙等国家二级保护动物在大别山自然保护区也有广泛分布。与安徽省天马和鹞落坪两个国家级自然保护区比较，兽类种类分别高出13.89%和2.50%；鸟类种类分别高出12.04%和11.01%。令人关注和称奇的是大别山自然保护区原麝和白冠长尾雉具有相当大的种群规模。该区的动植资源和独特的生态系统结构，充分说明了大别山自然保护区在生物多样性保护中的重要地位，被专家们认为大别山是华中地区的物种资源库，并被《中国生物多样性保护行动规划》列入“中国优先保护的生态系统名录”，具有十分重要的科研和保护价值。
大别山复杂而又特殊的地形，丰富的生物多样性，已引起了国内外众多学者的关注，开展了一系列的科学研究工作，已经取得了一批重要的科研成果。
大别山市级自然保护区2003年由湖北省黄冈市人民政府批准成立，近两年来，市委、市政府十分重视大别山自然保护区建设，成立了大别山自然保护区建设领导小组，设立了大别山自然保护区管理局。保护区克服重重困难，经过不懈努力，使本地区保护事业得到了不断发展和壮大。大别山人始终本着热爱自然，热爱环保的理念去学习，去钻研，去工作，如今已形成了一套包括行政管理、科学研究、生产经营、自然保护四个方面系统而严密的管理模式，确保自然保护区建设有序健康的发展。鄂东隽秀大别山，流泉飞瀑遍云烟，珍禽悍兽穿林海，奇花异草累满山。大别山集原始、雄奇、秀美于一身，是一个丰富、奇妙的大自然博物馆。在人类环保意识日益增强，保护自然的呼声日益高涨的21世纪，大别山这颗华中地区的绿色明珠，必将为中国自然保护区建设和环境保护事业作出更大的贡献。