保护区位于广东省中东部东源县境内，地处东江北岸。保护区由海拔406、451米的大叶山、河洞山组成，两山之间为原新丰汀故道。新丰汀水库建成后，两山成为“半岛”的突出部分，较水面高350米。大叶山由三条大致南北向的小断裂谷地组成，东部高峻，南北伸展，西部山体呈锥状，四周多沟谷。河洞山地势为广阔的困谷地形。气候具南亚热带向中亚热带过渡的性质，年均温21．1℃，极端低温一3．8℃，极端高温39℃，大于等于10℃年积温7137．7℃；年均降水量1899．7毫米，4—9月份占80％。土壤具有过渡性，海拔250米以下为砖红壤化红壤，250米以上为红壤。
保护区维管束植物有80多科400多种。地带性植被为季雨林和季风常绿阔叶林，已遭到破坏，目前植被均为次生林，沟谷中有多为鸭脚木、香叶树、大叶极、半枫荷、拷类等组成的季而林，问有变叶格、黄毛格等，林下多妖类，藤本种类签多，有30多种如鸡血藤、买麻藤等。季风常绿阔叶林主要分布于250米以上的山坡山谷，主要树种有横、棒、术荷、山乌柏、山东、罗浮柿等。海拔350米以上，多由松、挑金娘、杜鹃、枫香、岗松、芒其、茅草等组成。属国家保护枪物三级有半枫荷等。保护区野生动物常见的有髯羚、野猪、箭猪、魔、果子狈、狐、山鼠、水獭等。属国家保护的动物二级有水底、馆羚、水期等。