遠古時期，神農(nóng)架林區(qū)還是一片汪洋大海，經(jīng)燕山和喜馬拉雅運動逐漸提升成為多級陸地，并形成了神農(nóng)架群和馬槽園群等具有鮮明地方特色的地層。神農(nóng)架位于我國地勢第二階梯的東部邊緣，由大巴山脈東延的余脈組成中高山地貌，區(qū)內(nèi)山體高大，由西南向東北逐漸降低。神農(nóng)架平均海拔1700米。山峰多在1500米以上，其中海拔3000米以上的山峰有6座，海拔2500米以上山峰20多座，最高峰神農(nóng)頂海拔3105.4米，成為華中第一峰，神農(nóng)架因此有“華中屋脊”之稱。西南部的石柱河海拔僅398米，為境內(nèi)最低點，相對高差達2706.4米。

　　神農(nóng)架地處中緯度北亞熱帶季風(fēng)區(qū)，受大氣環(huán)流控制，氣溫偏涼且多雨，并隨海拔的升高形成低山、中山、亞高山3個氣候帶。年降水量也由低到高依次分布為761.4 ~2500毫米不等，故立體氣候十分明顯，“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”是林區(qū)氣候的真實寫照。獨特的地理環(huán)境和立體小氣候，使神農(nóng)架成為中國南北植物種類的過渡區(qū)域和眾多動物繁衍生息的交叉地帶。這里擁有當(dāng)今世界北半球中緯度內(nèi)陸地區(qū)唯一保存完好的亞熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)。境內(nèi)森林覆蓋率88%，保護區(qū)內(nèi)達96%。這里保留了珙桐、鵝掌楸、連香等大量珍貴古老孑遺植物。神農(nóng)架成為世界同緯度地區(qū)的一塊綠色寶地，對于森林生態(tài)學(xué)研究具有全球性意義。 　

　神農(nóng)有許多神奇的地質(zhì)奇觀。在紅花鄉(xiāng)境內(nèi)有一條潮水河，河水一日三涌，早中晚各漲潮一次，每次持續(xù)半小時。漲潮時，水色因季節(jié)而不同，干旱之季，水色混濁，梅雨之季，水色碧清。 　　宋洛鄉(xiāng)里有一處水洞，只要洞外自然溫度在28℃以上時，洞內(nèi)就開始結(jié)冰，山縫里的水沿洞壁滲出形成晶瑩的冰簾，向下延伸可達10余米，滴在洞底的水則結(jié)成冰柱，形態(tài)多樣，頂端一般呈蘑菇狀，而且為空心。進入深秋時節(jié)，冰就開始神農(nóng)架照片 (19張)融化，到了冬季，洞內(nèi)溫度就要高于洞外溫度。

獨特的地理環(huán)境和立體小氣候，使神農(nóng)架成為中國南北植物種類的過渡區(qū)域和眾多動物繁衍生息的交叉地帶。神農(nóng)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