地理位置
千家洞国家级自然保护区位于广西东北部的都庞岭西坡的灌阳县境内，地理座标为为北纬25°22'～25º31'，东经111º11'～111º20'。与湖南都庞岭国家级自然保护区（跨道县、江永两县）交界，南与灌阳县新街乡相连，西与灌阳县灌阳镇接壤，北与灌阳县水车乡毗邻，总面积12231公顷。保护区距灌阳县城9公里，有2条公路与县城相连，灌阳县有高速公路与外部相连通，交通十分便利。
地质地貌
自然保护区地处南岭山地都庞岭山系，为一褶断中山，主峰韭菜岭海拔2009.3m。为古生代加里东早期的花岗岩地层，山脚周围显露的地层则更早，有元古代震旦系和古生代的寒武、奥陶系，说明自然保护区在上元古代至下元古代是滨海沉积，经寒武、奥陶、志留纪漫长的地质年代，到志留纪末的加里东运动隆起上升，使震旦系至下古代沉积的地层褶皱、断裂，伴随着大量的花岗岩侵入，形成现代千家洞的花岗岩地质构造。由于地层褶皱强烈，沟谷侵蚀发育，境内溪谷幽深，地形复杂，地势陡峭，相对高差多在500～1700m之间，坡度大多为30°～50º。由于自然保护区内山体高大、峰峻谷幽、地表形态多样，导致生态环境局部各异，进而为生物多样性的形成创造了良好的条件。
气候
自然保护区属中亚热带季风气候区，原管理处所在地八道水(海拔375m)年平均气温17.1℃，气温垂直差异大，海拔每上升100m，气温下降0.51℃。最冷月1月，月均温5.7℃，最热月7月，月均温为27.0℃，极端最高温38.2℃，极端最低温-4.6℃，≥10℃的有效活动积温为4866.3℃，无霜期287天。年日照时数985h，年太阳辐射量66.6Kcal/cm2。年均降雨量2030mm，雨季持续时间长(4月中旬至9月下旬)，相对湿度82%。自然保护区具有典型的山地气候特征，导致了土壤、植被垂直分布的多样性和规律性。
土壤
自然保护区水平地带性土壤为红壤。区内成土母岩主要是浅灰白色中粒黑云母花岗岩，其风化带厚度大于20m，分布面积占整个自然保护区面积的90%以上。由于相对高差大，气候、植被的山地垂直分布特征十分明显，从而保存着完整的山地土壤垂直带谱，自下而上分布有红壤、山地黄红壤、山地黄壤、山地黄棕壤以及山地灌丛草甸土。在千家洞海拔1690～1700m的谷地，分布着山地泥炭沼泽土。
红壤主要分布于海拔500m以下的低山丘陵区，成土母质多为花岗岩风化的堆积物和坡积物。土壤呈酸性－强酸性反映，pH在4.66～4.89之间，有机质含量一般，全氮和全磷含量较低，全钾和速效钾含量较高。该区域热量丰富，降水充沛，光能充足，夏热冬暖，雨热同季，十分有利于土壤微生物活动和有机物质的分解。自然植被为常绿阔叶林，但大部分由于人为经营活动而遭到破坏，代之以杉木、马尾松人工林为主。
山地黄红壤主要分布于海拔500～700m的区域，是红壤与黄壤之间的过渡性土壤，成土母质以花岗岩风化的坡积物为主。土壤呈酸性反映，pH在4.84～5.29之间，表层有机质含量较高，全氮含量不高，全钾和速效钾含量较高。山地气候特征已开始显现，气温较山下低2～3℃，年降雨量增加100～200mm，相对湿度也增大。自然植被为马尾松林和阔叶林。由于人为活动相对于红壤地区有所减少，人工针叶林比例相对减少。
山地黄壤主要分布于海拔700～1400m的中山山地，成土母质为花岗岩风化的坡积物、原积物、局部残积物。土壤偏酸性，pH变幅在4.63～5.62之间，有机质含量较高，全氮、全钾含量较高，全磷含量较低。此区域地形较为复杂，坡度大，切割深，岩石裸露，多悬崖峭壁和峡谷，山地气候特征已比较明显，冬季有冰雪和霜冻，气温低、湿度大、多雨、多雾是其成土的主要特点。原生植被为常绿落叶林和常绿针阔混交林，森林生态系统保存较好。
山地黄棕壤多分布于海拔1400m以上的区域，成土母质是由花岗岩风化发育的原积物和残积物。土壤呈酸性－强酸性反映，pH在3.60～5.70之间，表土层有机质含量较高，全氮、全磷、全钾含量较高，速效磷和速效钾含量较高。本区域山高坡陡、岩石裸露、土层脊薄。山地气候特征十分明显，气温低、湿度大、降水充沛、云雾多。原生植被类型以针阔混交林为主。
山地灌丛草甸土主要呈片状分布于海拔1600m以上的山体顶部，由于气温低，降水丰富，云多雾密，风力大，加之立地条件较差，乔木植物难以生长，以野古草、芒草及拂子茅等草本植物生长茂密，并夹有映山红等灌丛。其特点是土层浅薄，枯枝落叶层下即是母岩层，但枯枝落叶层较厚，富弹性，有机质含量高，土壤呈灰黑色，酸性(pH4.57～4.93)。
在自然保护区山体上部千家洞海拔1700m左右，成阶梯状分布着上洞(海拔1700m)、中洞(海拔1695m)、下洞(海拔1690m)，它们四周均被山地环绕，地表水和地下水大量富集的区域，面积约70hm2，植被类型主要是草本群落拂子茅、苔草草丛。在低温、水泡、厌氧的环境下，枯枝落叶物的长期累积碳化而形成泥炭土。土体通体黑色或棕黑色，酸性反应，有机质含量高，富氮，土壤持水量很大。
河流水系
自然保护区地表水系十分发育，发源于自然保护区内的大小河流有37条之多，呈树状分布，无外来水流，自成水系，它们分别汇入灌江的一级支流懈江和秀江，再流经湘江并入长江，属长江流域洞庭湖水系湘江的重要水源林地。
灌江发源于灌阳县境内海洋山洞井乡大河江梨子坪，源地海拔1600m。灌江全长176.6Km，全流域面积2000.5Km2，其中灌阳境内长144.2Km，流经洞井、观音阁、黄关、新街、灌阳、水车、文市等7个乡镇，流域面积1839.7Km2。
灌江一级支流懈江发源于自然保护区内的杉木岭，自东南往西北流经抱木坪、孙家岭、龙塘、新屋、周上，至桥头上注入灌江，全长17.4Km，总落差1034.0m，集雨面积65.5Km2，其上游称头道水，主要支流有靛棚江、腰坡江等。
灌江一级支流秀江发源于自然保护区内的滑石山，自东向西北流经双江口、秀凤、上王、蒋家坝，于飞江口汇入灌江，全长25.3Km，总落差1767.0m，集雨面积136.4Km2，主要支流有拾道江、雷家江等。据研究测定，自然保护区范围内每年的河流径流量达1.56亿m3，水能资源理论蕴藏量2.89万KW，可开发量0.48万KW，而且由于森林有减洪补枯、调节河流流量的作用，保证了自然保护区用周边内洪水期无水患，枯水期无水荒。且自然保护区周边灌阳、水车、新街等3个乡镇的12个村共计4.83万人和2066hm2农田的生活生产用水全部来自于自然保护区。
