红崖峡谷在太岳山麓，属太行山系，是中生代燕山运动时期隆起，又经过新生代喜马拉雅山运动改造形成的山地。其地貌属大起伏喀斯特侵蚀中山，属石质山区，地貌类型多样，距今已有一亿余年历史。

风景区内峰峦起伏，逶迤绵亘，山崖陡峭，“U”字形峡谷气势宏伟，境内海拔900—2500米之间 ，高点牛角鞍高达2566.6米，是太岳山的高峰，晋中制高点，山西省第五高峰。地势东高西低，有红崖底一条主沟。气候属典型的温带大陆性气候，季风影响较强，四季分明，气候多变，夏冬长春秋短。年平均气温10.7℃，月平均气温3.7℃到23.7℃。红崖大峡谷植被保存完好，森林覆盖率高达85%以上，种类繁多，木本植物有233种，隶属44科99属；草木植物62科500多种。

从崖底往上可分为四个垂直带：即海拔1200米以下为灌木丛及农垦带；海拔1200—1800米为针阔混交林带，主要树种有油松、云杉、山杨、白桦、红桦等；海拔1800—2200米为针叶林带，主要为华北落叶松；海拔2200米以上为山地灌丛草甸。从山谷地上行，可以看到繁茂苍翠的森林资源，木本植物、草本植物难以计数。更有名贵“灵芝草”、“五灵脂”、“猪芩”、“苍蒲”、“党参”等数不胜数，被誉为“生物多样性宝库”。

红崖峡谷动物约有160余种，其中兽类40种，鸟类120余种，主要有：金钱豹、麝、狍子、黑鹳、野山羊、野猪、岩羊、狐狸、野兔、山鸡、猫头鹰等。景区环境综合质量良好，大气环境质量达到《环境空气质量标准》（3095—1996）二级标准。景区水质良好，没有污染，有“华北绿肺”、“天然氧吧”之美誉。