10亿年前，神农架地区还是一片汪洋大海。直到2亿3千万年前，神衣架至大巴山一带才变成陆地山丘。以后若干年间，由于地壳强烈运动，神农架才发育成一片高大山地。神农架有6座海拔3000米以上的高峰，人称“华中屋脊”，其中神农架主峰海拔3105米，被誉为“华中第一峰”。
神农架是一座不可多得的化石宝库。本世纪50年代以来，这里曾发掘出一批以“长阳人”为代表的古人类化石，1989年还发掘出一具距离今150万年至240万年的南方古猿颅骨化石。这里既是古人类频繁活动地区，也是我国各种动植物化石最多、最集中的地区之一。在神农架阳日镇乐意村，有座海拔500多米的“化石山”，满山的石头几乎全都是化石。
神农架植物资源和动物资料都十分丰富。中外科学家考察表明，神农架是华中地区生物气候垂直分布最完备的地区，南坡从中亚热带到寒带，水平距离仅几十公里，却分布着从长江到黑龙江的不同生物气候带。神农架地处我国东西南北过渡地带，植物种类丰富多样，是华中地区最主要的植物基因库。这里共有植物近3000种，不仅有珍贵树种楠木、樟树、青檀、黄檀；有世界上濒临灭绝、被称为“活化石”的连香树、香果树、水青树、鹅掌揪；还发现了世上绝无仅有的水杉和花片洁白的“中国鸽子树”珙桐。在神农架主峰之东的小当佃是千年古树集中地之一；这里有一株高46米的“铁坚杉”，胸围达7.5米，历经宋；元；明、清各代，树龄达900多年。
神农架还有药用植物1300多种，不仅田七、杜仲、天麻、当归等资源丰富，还特产金钗、石斛、头顶一颗珠、文王一枝笔、七叶一枝花、江边一碗水、九死还阳草等神奇药物。神农架是全国最重要的中药树产区之一。
神农架山高林密，是野生动物栖息繁衍的乐园。这里有野生动物570多种，其中受国家保护的珍稀动物有20多种，如金丝猴、毛冠鹿、苏门羚、金钱豹、褐马鸡、锦鸡、大鲵等以及世界少见的白色动物，如白獐、白蛇、白熊、白麝等。
神农架特殊的地理环境使其较好地保持了大自然的原始状态。无数的奇景异观、奇传异闻、奇花异木、奇禽异兽特别是不解的“野人”之谜，使神农架笼罩上一层神秘色彩。到神农架游览，可观赏到千年铁杉、飞鸽展翅、高山盆地、龙泉飞瀑、天门云海、金燕戏洞、石林峰剑、犀牛望月、腊梅傲雪、阴峪大鲵、盛夏冰宫、洞天塔群、仙女送郎、天桥飞波、神农绝顶、石林云雨、梭罗雄姿、红坪画廊、峡湖倒影、望农神亭等20景。