天目山呈西南—东北走向，南北大致以杭徽公路和西苕溪为界。长200公里,宽约60公里，属江南古陆的东南缘。山地呈中心—深谷景观，海拔1500米以上山峰有10余座，最高峰清凉峰1787米。岩性以花岗岩、流纹岩为主。天目山两侧多低山丘陵宽谷景观。地质古老，山体形成于距今1.5亿年前的燕山期，是“江南古陆”的一部分；地貌独特，地形复杂，被称为“华东地区古冰川遗址之典型”；峭壁突兀，怪石林立，峡谷众多，自然景观幽美，堪称“江南奇山”；特殊的地形和悠久的佛教文化促使该区域动植物的遗存和植被的完整保护，成为全世界的一大奇迹，是中国中亚热带林区高等植物资源最丰富的区域之一。