Khu BTTN Bắc Hướng Hóa nằm ở phía bắc huyện Hướng Hóa, tỉnh Quảng Trị thuộc khu vực Trung Trường Sơn. Phần lớn khu vực có địa hình chia cắt mạnh, độ cao phổ biến từ 15- 250, có nhiều nơi dốc đứng. Trong vùng có hai đỉnh núi cao nổi trội là đỉnh Sa Mù (1.550 m) và đỉnh Voi Mẹp (1.771 m).
Diện tích Khu bảo tồn: 23.456,7 ha, được giới hạn trong khoảng tọa độ địa lý: + Từ 16043'22’’ đến 16059'55’’ vĩ độ Bắc
+ Từ 106033'00’’ đến 106047'03’’ kinh độ Đông
Khu bảo tồn thiên nhiên Bắc Hướng Hóa có ranh giới phía tây giáp với nước Cộng Hòa Dân Chủ Nhân Dân Lào; phía bắc giáp với tỉnh Quảng Bình; phía nam giáp các xã Hướng Phùng, Hướng Sơn và Hướng Linh; phía đông giáp với 3 huyện Vĩnh Linh, Gio Linh và Đakrông.
Vùng đệm của KBT có diện tích 4.034 ha thuộc địa bàn các xã Hướng Lập, xã Hướng Sơn và vùng lõi quy hoạch sản xuất tại xã Hướng Lập 1.900 ha.
3.1.2. Điều kiện tự nhiên
- Đặc điểm địa hình địa thế:
Địa hình núi cao, chia cắt mạnh, độ dốc phổ biến từ 15- 250, nhiều chỗ dốc đứng, đồi núi chiếm đa số.
- Đất đai:
+ Đất Feralit vàng nhạt vùng đồi phát triển trên đá trầm tích và biến chất có kết cấu hạt thô.
+ Đất Feralit vàng đỏ núi trung bình phát triển trên đá trầm tích và biến chất có kết cấu hạt thô.
+ Đất Feralit vàng nhạt núi thấp phát triển trên đá hỗn hợp
+ Đất Feralit vàng đỏ núi trung bình phát triển trên đá phún xuất tính chua. - Khí hậu:
Khu bảo tồn thiên nhiên Bắc Hướng Hoá nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có mùa đông lạnh, mùa khô từ tháng 1 đến tháng 6, tháng có lượng mưa nhiều nhất là 9, 10, 11. So với khi hậu chung của tỉnh Quảng Trị thì khu vực này mùa mưa và mùa khô đến sớm hơn các vùng khác.
Chế độ nhiệt
Nhiệt độ trung bình năm khoảng từ 24 - 250C, tương đương với tổng tích ôn trong năm khoảng 8.300 - 8.5000C.
Chế độ mưa ẩm
Vùng nghiên cứu có lượng mưa rất lớn, lượng mưa trung bình năm đạt 2.400 - 2.800 mm, tập trung chủ yếu vào mùa mưa.
Độ ẩm không khí trong vùng đạt tới 85 - 90%, trong mùa mưa ẩm độ có thể lên tới 95%.
- Thuỷ văn
Do địa hình có độ dốc lớn, nên sông suối ở đây thường ngắn, trong vùng có nhiều khe suối nhỏ đổ vào sông lớn Sê Păng Hiêng chảy qua Lào đổ vào sông Mê Kông.