生界地层最为发育。区内出露最老的地层为神农架群，属中元古界，主要出露在中部及中南部。神农架林区内的土壤共有9个土类、27个亚类、42个土属、111个土种，其中以黄棕壤、棕壤与石灰土较多，分别佔区内土地的28.4%、22.5%及20.3%，其他的土壤则有暗棕壤、紫色土、潮土、草甸土、沼泽土与水稻土。神农架林区属于中纬度北亚热带季风区，受其环流控制，当地气温偏凉且多雨。当地海拔每上升100米，季节即相差3日到4日，并构成低山、中山、亚高山3个气候带，立体小气候明显。神农架林区山体高大，相对高差大，气候垂直分