Заповедник расположен в горной цепи Сихотэ-Алиня в самом юго-восточном углу Российской Федерации, в регионе с климатом и биологическим разнообразием, полностью отличающимся от остальной части страны. Сихотэ-Алинь не самая крупная горная цепь (1 100 км длинной и до 1 830 метров над уровнем моря), но с обширной, неизмененно умеренной, лесной нетронутой территорией, лежащая в пределах северных широт. В других областях этих широт смешанные хвойные/лиственные леса Западной Европы и Северной Америки были в полностью уничтожены или сильно изменены. Находясь между береговой линией Японского моря на востоке и долинами рек Амура и Уссури на западе, Сихотэ-Алинь подвергается и морским, и континентальным климатическим влияниям.
Центральная территория Сихотэ-Алиня в Приморском Крае состоит из двух частей, разделенных вдоль гребня горной цепи расстоянием в 70 километров. Южная часть состоит из двух областей, отделенных друг от друга поселком Терней: Природный заповедник Сихотэ-Алинь на восточных морских склонах около поселка Терней (включая прибрежную охраняемую зону, простирающуюся на 1 километр от береговой линии), к нему относится абсолютный заповедник, биосферный заповедник, зоологический заказник" Горалий" , прибрежная зона к северу от Тернея.
Вторая, северная часть состоит из двух смежных областей, расположенных в бассейне реки Бикин: вверх по течению находится город Красный Яр, территория традиционного природопользования для удэгейцев в среднем течении реки Бикин; Верхнебикинский Заказник, полностью занимающий верхний бассейн реки Бикин.
Охраняемые области Сихотэ-Алинь, как полагают, содержат самое большое разнообразие растений и животных на северо-западном побережье Тихого океана. Регион находится на стыке евразийского континента и Тихоокеанской плиты, в биогеографической 'зоне смешивания', которая в основном избежала влияния последнего оледенения и способствовала развитию тургайской древней флоры и фауны во время Третичных и ранних четвертичных периодов. Это уникальное собрание флоры и фауны содержит элементы из Маньчжурии, Охотска (Камчатка), Восточной Сибири и Даурии (Монголия). Уникальная комбинация ее суровых климатических особенностей, физической изоляции, и традиционного использования земли удэгейцами и другими местными народами, означала, что 80-90% растительности региона все еще остается в виде густого леса умеренной зоны и тайги.
Территория расположена в Центре Разнообразия Растений "Приморье"; а также находится частично в пределах экорегиона Всемирного фонда дикой природы "Российского Дальневосточного умеренного широколиственного и смешанного леса". Леса покрывают 95% ее площади, а оставшуюся занимает альпийская тундра, прибрежные кустарники, луги и трясины. Больше чем 180 видов деревьев и разновидностей лесных кустарников произрастают в этих лесах; самые характерные высокие деревья: корейская сосна, аянская ель, пихта цельнолистная, несколько разновидностей лиственницы, маньчжурский ясень, белокорый вяз и монгольский дуб. На большей высоте в лесах повышается соотношение деревьев в пользу хвойных и мелколистных лиственных деревьев, как правило, берез, ели корейской и сибирской лиственницы. Вдоль берегов реки Бикин преобладают белокорый вяз, корейская сосна и тополь Максимовича. Корейская сосна является плодовитым орехо- и семя- производителем, важным для выживания по крайней мере 30 видов млекопитающих и источником пищи (богатым пищевыми маслами) для коренных народов. Всего тут находится почти 1200 разновидностей лечебных растений для сосудов, включая многие, представляющие большую лекарственную ценность для коренных народов; самые известные растения в этой категории - женьшень и элеутерококк.
Зарегистрировано больше, чем 400 видов позвоночных животных, включая 241 вид птиц, 65 видов млекопитающих, 7 видов амфибий, 10 видов рептилий и 51 вид рыбы. Территория известна в международных природоохранных кругах, как самая большая девственная среда обитания для чрезвычайно редкого Сибирского (или Амурского, или Уссурийского) тигра. Кроме того, это - среда обитания бурого медведя, гималайского черного медведя, рыси, горала, пятнистого оленя, желтогрудой (уссурийской) куницы, маньчжурского зайца, чешуйчатого крохаля и других местных и/или вымирающих видов. Морские котики являются особенностью побережья Сихотэ-Алиня.