大别山脉中山面积约占全部山区15％，其余多为低山丘陵。山间谷地宽广开阔，并有河漫滩和阶地平原，是主要农耕地区。山地多深谷陡坡，地形复杂，坡向多变，坡度多在25°～50°。大别山地势较高，南北两侧水系较为发育，分别注入长江和淮河。注入长江的主要河流有氵员水、澴水、大悟河、滠水、潜水等；流入淮河的主要河流有浉河、竹竿河、潢河、灌河、史河等。
大别山垂直自然带大致以海拔900米为界，900米以下气候属北亚热带季风型，温暖潮湿，降水丰富。植物生长茂密，种类复杂，有南方植物种类，如马尾松、杉木、油桐、乌桕、油茶、茶、毛竹等，亦有北方植物如油松、槲栎、毛白杨等。代表性植被为含有常绿阔叶树种的针叶与落叶阔叶混交林，尤以马尾松林、马尾松─栎类混交林和栎类林分布最为广泛。马尾松多分布在500～800米，杉木多分布在600～700米以下背风山坡和山谷中，马尾松—栓皮栎混交林多分布在300～800米的阳坡和半阳坡。海拔900米以上直至山顶，气候较凉湿，多云雾，蒸发弱，相对湿度大。随高度增加，亚热带植物种类逐渐减少。代表性植被是针叶阔叶与落叶混交林，但以落叶阔叶树种为主，针叶树种为次。
大别山区可发展亚热带用材林和经济林，还有数十种矿产资源可供开采。位于大别山北麓的河南省罗山县董寨，建有董寨鸟类自然保护区，以保护中国一类保护动物——白冠长尾雉为主。