远古时期，神农架林区还是一片汪洋大海，经燕山和喜马拉雅运动逐渐提升成为多级陆地，并形成了神农架群和马槽园群等具有鲜明地方特色的地层。神农架位于我国地势第二阶梯的东部边缘，由大巴山脉东延的余脉组成中高山地貌，区内山体高大，由西南向东北逐渐降低。神农架平均海拔1700米。山峰多在1500米以上，其中海拔3000米以上的山峰有6座，海拔2500米以上山峰20多座，最高峰神农顶海拔3106.2米，成为华中第一峰，神农架因此有“华中屋脊”之称。西南部的石柱河海拔仅398米，为境内最低点，相对高差达2708.2米。
神农架有许多神奇的地质奇观。在红花乡境内有一条潮水河，河水一日三涌，早中晚各涨潮一次，每次持续半小时。涨潮时，水色因季节而不同，干旱之季，水色混浊，梅雨之季，水色碧清。
神农架是长江和汉水的分水岭，境内有香溪河、沿渡河、南河和堵河4个水系。由于该地区位于中纬度北亚热带季风区，气温偏凉而且多雨，海拔每上升100米，季节相差3--4天。
“山脚盛夏山顶春，山麓艳秋山顶冰，赤橙黄绿看不够，春夏秋冬最难分”是神农架气候的真实写照。由于一年四季受到湿热的东南季风和干冷的大陆高压的交替影响，以及高山森林对热量、降水的调节，形成夏无酷热、冬无严寒的宜人气候。当南方城市夏季普遍是高温时，神农架却是一片清凉世界。
苍劲挺拔的冷杉、古朴郁香的岩柏、雍容华贵的桫椤、风度翩翩的珙桐、独占一方的铁坚杉，枝繁叶茂，遮天蔽日；金丝猴、白熊、苏门羚、大鲵以及白鹳、白鹤、金雕等走兽飞禽出没草丛，翔天林间。一切是那样地和谐宁静，自在安详。这里还有着优美而古老的传说和古朴而神秘的民风民俗，人与自然其同构成中国内地的高山原始生态文化圈。神农氏尝草采药的传说、“野人”之谜、汉民族神话史诗《黑暗传》、川鄂古盐道、
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