地处中亚热带，境内海拔1800米以上的山峰有34座，形成天然屏障，冬季可阻挡、削弱北方冷空气的入侵，夏季可抬升、截留东南海洋季风，形成中亚热带温暖湿润的季风气候区。气候温暖潮湿，雾日长，垂直变化显著。保护区内年平均气温8.5——18度，年平均降雨量为1486——2150毫米，年平均相对湿度78——84%，早霜10月份，终霜3月份，无霜期253——273天，平均雾日达120天，随海拔高度增加年日照数递增率为21.3小时/百米，年降水量递增率为44——54毫米/百米。
二、地质地貌保护区位于武夷山脉地势最高区域。平均海拔1200米以上。主峰黄岗山海拔2158米，是武夷山脉最高峰，也是中国东南大陆最高峰。区内地势高低悬殊，高山深谷纵横，在面积556.7平方米的小范围内，最高处达2158米，最低处仅300米，相差1800多米。区内出露最多的岩石是侏罗系兜岭群火山岩和燕山期花岗岩。武夷山脉有数十个与山脊直交或斜交的垭口，它们或是古老的河谷，或是由断层隐落而成，是小股气流运行的通道。
三、植物种类保存着2万多公顷原始类型的森林，有30类群系，100多个群落。主要森林植被类型有常绿阔叶林、针阔叶过渡林、常绿落叶阔叶混交林、针叶林、中山矮曲林、中山草甸、竹林等。有近四千种植物。其中列入国家重点保护的珍贵树种有银杏、水松、南方铁杉、钟萼木、鹅掌楸、香果树、银钟树、观光木等19种。还有紫楠、香花木、武夷四照花以及武夷玉山竹、崇安唐竹等百数十种珍稀物种或武夷特有物种。这些珍稀植物在研究植物进化史方面，具有很高的价值。
四、动物种类野生猕猴群，自然保护区内已知脊椎动物有475种，其中哺乳纲8目23科31种，鸟纲18目47科73种，两栖纲2目10科35种，鱼纲4目12科40种。国家重点保护野生动物57种，其中国家一级保护9种，二级48种。其中被列为国家保护对象的脊椎动物有华南虎（已多年未见出没)、猕猴、短尾猴、毛冠鹿、云豹、金猫、大灵猫、小灵猫、白颈长尾雉、黄腹角雉、鸳鸯、白鹇、草鹗、穿山甲、苏门羚等。崇安髭蟾（角怪）、丽棘蜥、竹鼠、蝾螈、大头平胸龟、长脚鼠耳蝠、短脚鼠耳蝠以及崇安地蚣、武夷湍蛙、三港雨蛙等数十种动物，是全国仅见于此的独有珍贵物种。全国昆虫有32个目，在这里已发现31个目，金斑喙凤蝶、宽尾凤蝶等属于珍稀种。蛇类已发现5科26属64种（其中毒蛇17种），占中国蛇类种数的1/3。