湖南莽山国家级自然保护区位于南岭山脉中段南端的局部沉降带内，属中山地貌，海拔1000米以上的山峰有100余座，地势南高北低，最高峰猛坑石海拔1902米，最低兑子冲海拔400米，最大高差1502米。
主要地质活动为强烈的燕山运动，使地貌基本定型。地质构造为北东——南西构造，地面切割较深，悬崖峭壁，峡谷幽深，溪河纵横，加之丰沛的降水，物理风化较严重，滑坡和岩崩发育，使山体更加陡峭，坡度一般30-40度，大于60度的险坡常见，山势雄伟壮观，区内岩浆岩较为发育，为大东山花岗岩体中粗粒花岗岩，属燕山期侵入体。湖南莽山国家自然保护区属中亚热带湿润气候，是我国冬季有冰雪的最南地区之一。
