地理位置
千家洞國家級自然保護區位於廣西東北部的都龐嶺西坡的灌陽縣境內，地理座標為為北緯25°22'～25?31'，東經111?11'～111?20'。與湖南都龐嶺國家級自然保護區（跨道縣、江永兩縣）交界，南與灌陽縣新街鄉相連，西與灌陽縣灌陽鎮接壤，北與灌陽縣水車鄉毗鄰，總面積12231公頃。保護區距灌陽縣城9公裏，有2條公路與縣城相連，灌陽縣有高速公路與外部相連通，交通十分便利。
地質地貌
自然保護區地處南嶺山地都龐嶺山系，為壹褶斷中山，主峰韭菜嶺海拔2009.3m。為古生代加裏東早期的花崗巖地層，山腳周圍顯露的地層則更早，有元古代震旦系和古生代的寒武、奧陶系，說明自然保護區在上元古代至下元古代是濱海沈積，經寒武、奧陶、誌留紀漫長的地質年代，到誌留紀末的加裏東運動隆起上升，使震旦系至下古代沈積的地層褶皺、斷裂，伴隨著大量的花崗巖侵入，形成現代千家洞的花崗巖地質構造。由於地層褶皺強烈，溝谷侵蝕發育，境內溪谷幽深，地形復雜，地勢陡峭，相對高差多在500～1700m之間，坡度大多為30°～50?。由於自然保護區內山體高大、峰峻谷幽、地表形態多樣，導致生態環境局部各異，進而為生物多樣性的形成創造了良好的條件。
氣候
自然保護區屬中亞熱帶季風氣候區，原管理處所在地八道水(海拔375m)年平均氣溫17.1℃，氣溫垂直差異大，海拔每上升100m，氣溫下降0.51℃。最冷月1月，月均溫5.7℃，最熱月7月，月均溫為27.0℃，極端最高溫38.2℃，極端最低溫-4.6℃，≥10℃的有效活動積溫為4866.3℃，無霜期287天。年日照時數985h，年太陽輻射量66.6Kcal/cm2。年均降雨量2030mm，雨季持續時間長(4月中旬至9月下旬)，相對濕度82%。自然保護區具有典型的山地氣候特征，導致了土壤、植被垂直分布的多樣性和規律性。
土壤
自然保護區水平地帶性土壤為紅壤。區內成土母巖主要是淺灰白色中粒黑雲母花崗巖，其風化帶厚度大於20m，分布面積占整個自然保護區面積的90%以上。由於相對高差大，氣候、植被的山地垂直分布特征十分明顯，從而保存著完整的山地土壤垂直帶譜，自下而上分布有紅壤、山地黃紅壤、山地黃壤、山地黃棕壤以及山地灌叢草甸土。在千家洞海拔1690～1700m的谷地，分布著山地泥炭沼澤土。
紅壤主要分布於海拔500m以下的低山丘陵區，成土母質多為花崗巖風化的堆積物和坡積物。土壤呈酸性－強酸性反映，pH在4.66～4.89之間，有機質含量壹般，全氮和全磷含量較低，全鉀和速效鉀含量較高。該區域熱量豐富，降水充沛，光能充足，夏熱冬暖，雨熱同季，十分有利於土壤微生物活動和有機物質的分解。自然植被為常綠闊葉林，但大部分由於人為經營活動而遭到破壞，代之以杉木、馬尾松人工林為主。
山地黃紅壤主要分布於海拔500～700m的區域，是紅壤與黃壤之間的過渡性土壤，成土母質以花崗巖風化的坡積物為主。土壤呈酸性反映，pH在4.84～5.29之間，表層有機質含量較高，全氮含量不高，全鉀和速效鉀含量較高。山地氣候特征已開始顯現，氣溫較山下低2～3℃，年降雨量增加100～200mm，相對濕度也增大。自然植被為馬尾松林和闊葉林。由於人為活動相對於紅壤地區有所減少，人工針葉林比例相對減少。
山地黃壤主要分布於海拔700～1400m的中山山地，成土母質為花崗巖風化的坡積物、原積物、局部殘積物。土壤偏酸性，pH變幅在4.63～5.62之間，有機質含量較高，全氮、全鉀含量較高，全磷含量較低。此區域地形較為復雜，坡度大，切割深，巖石裸露，多懸崖峭壁和峽谷，山地氣候特征已比較明顯，冬季有冰雪和霜凍，氣溫低、濕度大、多雨、多霧是其成土的主要特點。原生植被為常綠落葉林和常綠針闊混交林，森林生態系統保存較好。
山地黃棕壤多分布於海拔1400m以上的區域，成土母質是由花崗巖風化發育的原積物和殘積物。土壤呈酸性－強酸性反映，pH在3.60～5.70之間，表土層有機質含量較高，全氮、全磷、全鉀含量較高，速效磷和速效鉀含量較高。本區域山高坡陡、巖石裸露、土層脊薄。山地氣候特征十分明顯，氣溫低、濕度大、降水充沛、雲霧多。原生植被類型以針闊混交林為主。
山地灌叢草甸土主要呈片狀分布於海拔1600m以上的山體頂部，由於氣溫低，降水豐富，雲多霧密，風力大，加之立地條件較差，喬木植物難以生長，以野古草、芒草及拂子茅等草本植物生長茂密，並夾有映山紅等灌叢。其特點是土層淺薄，枯枝落葉層下即是母巖層，但枯枝落葉層較厚，富彈性，有機質含量高，土壤呈灰黑色，酸性(pH4.57～4.93)。
在自然保護區山體上部千家洞海拔1700m左右，成階梯狀分布著上洞(海拔1700m)、中洞(海拔1695m)、下洞(海拔1690m)，它們四周均被山地環繞，地表水和地下水大量富集的區域，面積約70hm2，植被類型主要是草本群落拂子茅、苔草草叢。在低溫、水泡、厭氧的環境下，枯枝落葉物的長期累積碳化而形成泥炭土。土體通體黑色或棕黑色，酸性反應，有機質含量高，富氮，土壤持水量很大。
河流水系
自然保護區地表水系十分發育，發源於自然保護區內的大小河流有37條之多，呈樹狀分布，無外來水流，自成水系，它們分別匯入灌江的壹級支流懈江和秀江，再流經湘江並入長江，屬長江流域洞庭湖水系湘江的重要水源林地。
灌江發源於灌陽縣境內海洋山洞井鄉大河江梨子坪，源地海拔1600m。灌江全長176.6Km，全流域面積2000.5Km2，其中灌陽境內長144.2Km，流經洞井、觀音閣、黃關、新街、灌陽、水車、文市等7個鄉鎮，流域面積1839.7Km2。
灌江壹級支流懈江發源於自然保護區內的杉木嶺，自東南往西北流經抱木坪、孫家嶺、龍塘、新屋、周上，至橋頭上註入灌江，全長17.4Km，總落差1034.0m，集雨面積65.5Km2，其上遊稱頭道水，主要支流有靛棚江、腰坡江等。
灌江壹級支流秀江發源於自然保護區內的滑石山，自東向西北流經雙江口、秀鳳、上王、蔣家壩，於飛江口匯入灌江，全長25.3Km，總落差1767.0m，集雨面積136.4Km2，主要支流有拾道江、雷家江等。據研究測定，自然保護區範圍內每年的河流徑流量達1.56億m3，水能資源理論蘊藏量2.89萬KW，可開發量0.48萬KW，而且由於森林有減洪補枯、調節河流流量的作用，保證了自然保護區用周邊內洪水期無水患，枯水期無水荒。且自然保護區周邊灌陽、水車、新街等3個鄉鎮的12個村***計4.83萬人和2066hm2農田的生活生產用水全部來自於自然保護區。