位于山西省中南部，东与沁潞高原相连，西以霍山大断层与汾河谷地相接，北起介休市的绵山，南经灵石、霍州、沁源、古县、安泽、浮山、沁水等县，直至绛县的横岭关与中条山脉相接。山体走向近于南北，长约200千米，宽约30千米，是汾河与沁河的分水岭。太岳山脉的北段主峰和主峰附近山势最为挺拔高峻，海拔2300～2500米，南段次之，中段较为低缓，海拔1500米左右。主峰霍山，海拔2346米，高出临汾盆地1800米。

地质构造中的太古界霍州市群、元古界太岳山群，分布有年龄可能超过25亿年的变质岩系，下古生界长城系霍山砂岩和上古生界王庄剖面，都以霍州市及霍州市境内的山体和地名命名。地质构造现象丰富，褶皱、断层、滑坡等较发育，第四纪塬、峁、梁、沟及冲积、洪积构造，河流堆积构造发育。蕴藏着丰富的煤、铁、石膏、石英砂岩、硅线石、石灰岩、白云岩、磺黄、铁矿、耐火黏土等多种矿物资源。发育有山岳、峡谷、喀斯特、丹霞、瀑布和深潭、黄土、洪积、河流等地貌。

境内气候垂直变化和南北变化显著，恒山、内长城以南属暖温带季风型大陆性气候，以北属温带季风型大陆性气候；年全年无霜期4～7个月；年降水量330～600毫米，多集中于夏季，多阵雨，春季多干旱。年平均气温4～7℃，最高气温一般不超过37.5℃，最低气温约-25℃，热指数50～70℃。气温大于等于10℃积温2100～2800℃。（高山积温少，河谷积温多），稳定通过10℃初日在4月下旬或5月上旬，终日在9月下旬或10月上旬。无霜冻期120～155天，河谷地区无霜冻期长，高山地区短。全年太阳辐射总量125～130千卡/平方厘米，年日照时数2400～2600小时。年降水量550～670毫米，中高山区雨水多于低山丘陵区。

属汾河水系，汾河是省内最长的河流，发源于本省北部管涔山，流贯中部盆地，至西南注入黄河。全长716千米，全年流量变化很大，洪水期和枯水期的流量相差百倍以上含沙量大。临汾盆地属汾河流域下游，盆地东半部主要含水层为中下更新统细砂层，埋藏深度50～150米，西半部主要为中上更新统砂砾石层，埋藏深度50～200米，汾河河谷地段富水程度强，钻孔单位涌水量10～30立方米/（时·米）。霍州市郭庄钻孔单位涌水量达263.9立方米/（时·米），赵城附近钻孔单位涌水量31～92立方米/（时·米）。

野生植物中蕨类植物9科9属21种，裸子植物3科6属7种，双子叶植物78科332属574种，单子叶植物8科56属94种。其中种类最多的是菊科，其次为蔷薇科、豆科、毛茛科，以上4科所有种类占本区种类的30.86%。动物资源有褐马鸡种群。

在中国历史名山序列中，可与五岳齐名的还有五镇之山。包括东镇山东沂山，西镇陕西吴山，南镇浙江会稽山，北镇辽宁医巫闾山，中镇山西霍山。区内有文物保护单位共计109处，其中古建类66处，古遗址26处，古墓葬6处，石刻1处，壁画1处。名胜古迹有华夏保存最完好的州署、古窑、庙宇等，以及特色民居，原始村落，古人类遗址等人文资源。代表文化遗产有威风锣鼓、陶唐腔、莺歌、特色面食、印花包袱等，以及众多的古战场、历史、神话传说、特色民俗等。