留坝县地处秦岭南坡。由于秦岭山地抬升的主轴偏北分布,故整个地势北高南低。西、北、东三面山岭环抱,东南部地势较低。褒河自北而南纵贯东、西两岭之间,除闸口石为黑河水系外,其余全为褒河水系。南部山岭陡峭,河谷深切,沟底狭窄;北部褒河支流沿线,河谷切割较浅,山势开阔,沟地较宽,形成串珠状的坝、坪。
复杂的山区地形,使留坝县气候多样化,区域性气候特点最为明显,属山地暖温带湿润季风气候类型。在海拔800米以下为北亚热带;海拔800~1300米为暖温带;海拔1300~1800米为中温带;海拔1800米以上为寒温带。气候特点为光照、热量不足;冬季长,夏季短(夏季不足20天)。全县雨量充沛,动、植物种类繁多,植被属于含常绿阔叶的落叶阔叶林带和暖温带落叶阔叶林带、针阔叶混交林带。因此,境内林茂草丰。然而,自然灾害频繁,气象要素含量复杂,气候区域性变化,物候特殊,经常出现春旱、秋涝、冰雹、霜冻。同时,植被的垂直差异非常明显;珍稀动物如大熊猫等地理分布亦广。