墨脱背靠海拔7756米的南迦巴瓦峰，侧边是海拔7151米的佳拉白垒峰，区内最低海拔750米，在水平距离40余公里范围内，高差达7000米，形成典型的高山峡谷地貌、两谷之间多形成悬河，大小瀑布相连，出现了奇特壮观的峡谷落差。北部由于青藏高原作屏障，加之东西走向山脉对冷空气的阻挡，在1100米以下的河谷气温高，年平均温度达20℃以上，降水量特别丰富，每年达2500毫米以上，成为我国降雨量最多的地区之一。
瀑布、藤桥、溜索是墨脱最具特色的景观。墨脱山多、水多，瀑布也多，有的瀑布细弱如几缕轻纱，缓缓地从石壁上飘落下来，水珠被岩石碰撞得四分五裂，化作缕缕雾气，飘浮在山腰；有的瀑布水......
墨脱有独特气候。来自南部孟加拉湾的暖流，沿着雅鲁藏布江河谷溯流而上，被北部大山阻挡，在这里形成暖湿气流。因而这里冬无霜冻，夏无酷暑，年均温度为20℃，没有明显的四季之分，只有干湿季之分。保护区内雨水充沛，年均降水量在2500毫米以上，是我国雨量较多的地区之一。这与西藏高原其他地区的气候截然不同。
墨脱自然保护区面积达46万公顷，是一座天然自然博物馆。独特的地理气候，使这里成为天然的珍稀动植物园。自然保护区除海拔4000米地平线以上的高原外，几乎都被森林密盖。保护区内现有高等植物3000多种，特有的珍稀植物有17种。野生动物也很多，被列为国家级珍稀动物的便有42种。其中一类保护动物有：长尾猴、雪豹、黑鹿、赤斑羚、云豹、大犀鸟、虎等。一些在印度、东南亚才能见到的鸟类，如斑点鸽、红嘴相思鸟、黑胸太阳鸟等，在保护区内都能看到。