長江與淮河水系的分水嶺。位於豫、鄂、皖3省邊境。介於北緯30°10′～32°30′，東經112°40′～117°10′。西接桐柏山,東延為霍山（也稱皖山）和張八嶺，西段作西北—東南走向，東段作東北—西南走向。一般海拔500～800米,山地主要部分海拔1500米左右,主峰天堂寨海拔1729米。
山地地質構造基礎是古生代華力西中期的秦嶺大別山褶皺帶。主要由前震旦紀地層和侵入岩構成，以花崗岩、片麻岩等為主。麻城以東部分受燕山運動影響更為顯著。山地經褶皺後，曾一度准平原化。現今山地輪廓為此後的斷層運動所形成。斷層運動至今仍在進行,1923年霍山大地震即為明顯一例。
大別山中山面積約占全部山區15％，其餘多為低山丘陵。山間谷地寬廣開闊，並有河漫灘和階地平原，是主要農耕地區。山地多深谷陡坡，地形複雜，坡向多變，坡度多在25°～50°。大別山地勢較高，南北兩側水系較為發育，分別注入長江和淮河。注入長江的主要河流有□水、□水、大悟河、灄水、潛水等；流入淮河的主要河流有□河、竹竿河、潢河、灌河、史河等。
大別山屬北亞熱帶溫暖濕潤季風氣候區，具有典型的山地氣候特徵，氣候溫和，雨量充沛。溫光同季，雨熱同季，具有優越的山地氣候和森林小氣候特徵，具備森林的氣候優勢。年平均氣溫12.5℃，最高氣溫18.7℃，最低氣溫8.8℃，極端最高氣溫37.1℃，極端最低氣溫-16.7℃，1月份最冷平均溫度0.2℃，7月份最熱平均氣溫23℃，夏季平均溫度22℃，冬季平均氣溫10℃，≥10℃積溫4500-5500℃，氣溫年較差21.8℃。平均降水量1832.8毫米，年降水日數161天，空氣相對溫度平均79，年日照時數平均1400-1600小時，年霧日102天，太陽平均輻射量110千卡/cm2,無霜期179-190天，年平均氣溫比附近的市、鎮分別低5.2℃，降水比附近的地區多360毫米。
大別山森林海拔差異大，植被變化明顯，高度從400多米至1700多米，形成了豐富多彩的森林景觀。低海拔杉木、柳杉、馬尾松等人工林成片分佈，渾厚遼闊，林相整齊，層次分明。林中杉木、柳杉主幹挺拔，生長茂盛；馬尾松枝幹蒼勁，鬱鬱蔥蔥。栓皮櫟、青岡櫟、楓香、黃檀等生機盎然，欣欣向榮。間有小片修笪，掩映其中。海拔漸高，景觀迥異峭壁間陡岩上，黃山孤松飽經風霜，傲首從容。山坡上，黃山松林迎風而立，樹幹彎曲，枝成旗形，優美異常。季節不同，景色各異。春天鮮花盛開，草木蔓發，松綠竹黃，百鳥相鳴；仲夏林木蓊翳，綠蔭沉凝，涼風拂肌，幾忘酷暑。秋至松竹沉黛，楓葉如火，碩果綴枝，百草含香。冬臨風蕩林海，雪壓勁松，山色凝重，似露崢嶸；山頂積雪經久難消，與繁花綠葉相融，故有“天堂積雪”的美景。