保護區(qū)位于廣東省中東部東源縣境內，地處東江北岸。保護區(qū)由海拔406、451米的大葉山、河洞山組成，兩山之間為原新豐汀故道。新豐汀水庫建成后，兩山成為“半島”的突出部分，較水面高350米。大葉山由三條大致南北向的小斷裂谷地組成，東部高峻，南北伸展，西部山體呈錐狀，四周多溝谷。河洞山地勢為廣闊的困谷地形。氣候具南亞熱帶向中亞熱帶過渡的性質，年均溫21．1℃，極端低溫一3．8℃，極端高溫39℃，大于等于10℃年積溫7137．7℃；年均降水量1899．7毫米，4—9月份占80％。土壤具有過渡性，海拔250米以下為磚紅壤化紅壤，250米以上為紅壤。
保護區(qū)維管束植物有80多科400多種。地帶性植被為季雨林和季風常綠闊葉林，已遭到破壞，目前植被均為次生林，溝谷中有多為鴨腳木、香葉樹、大葉極、半楓荷、拷類等組成的季而林，問有變葉格、黃毛格等，林下多妖類，藤本種類簽多，有30多種如雞血藤、買麻藤等。季風常綠闊葉林主要分布于250米以上的山坡山谷，主要樹種有橫、棒、術荷、山烏柏、山東、羅浮柿等。海拔350米以上，多由松、挑金娘、杜鵑、楓香、崗松、芒其、茅草等組成。屬國家保護槍物三級有半楓荷等。保護區(qū)野生動物常見的有髯羚、野豬、箭豬、魔、果子狽、狐、山鼠、水獺等。屬國家保護的動物二級有水底、館羚、水期等。