武陵源獨特的石英砂岩峰林在國內外均屬罕見，素有“奇峰三千”之稱。在217.2平方公裏的核心景區中，有石英砂岩山峰3103座，峰體分布在海拔500-1100米，高度由幾十米至400米不等。峰林造型若人、若神、若仙、若禽、若獸、若物，變化萬千，這些突兀的岩壁峰石，連綿萬頃。每當雨過天晴或陰雨連綿天氣，山穀中生出的雲霧繚繞在層巒疊嶂之間，雲海時濃時淡，石峰若隱若現，景象變幻萬千。
武陵源水繞山轉，素有“秀水八百”之稱。眾多的瀑、泉、溪、潭、湖各呈其妙。金鞭溪是一條十餘公裏長的溪流，從張家界沿溪一直可以走到索溪峪，兩岸峰林對峙，倒映溪間，別具風味。
武陵源的溶洞數量多、規模大，極富特色。現已探明的大小溶洞40餘個，其中最為著名的是黃龍洞，全長7.5公裏，洞內分為四層，景觀奇異，是東南亞岩溶景觀的縮影。
武陵源有珍奇的地質遺跡景觀。包括了砂岩峰林、方山台原、天橋石門、岩溶峽穀、岩溶洞穴、沉積構造、地層剖麵、古生物化石等豐富多彩的地質遺跡。其千姿百態，變幻莫測的地貌景觀，保存幾乎沒被擾動的原始自然狀態的生態環境與生態係統。因此從科學的角度和美學的角度評價，張家界砂岩峰林地貌與石林地貌、丹霞地貌以及美國的丹佛地貌相比，其景觀、特色更勝一籌，是世界上極其特殊的、珍貴的地質遺跡景觀。
武陵源有十分豐富植物資源。境內森林覆蓋率已達74.75%，並保存著兩處原始次森林，為我國重要的古老孑遺生物的生長地區。境內有高等植物3000餘種，首批列入國家重點保護的珍稀瀕危種子植物有珙桐等35種。在眾多的植物中，武陵鬆分布最廣，數量最多，形態最奇，有“武陵源裏三千峰，峰有十萬八千鬆”之美譽。
武陵源有寶貴的野生珍稀動物。經調查，境內陸生脊椎動物共有50科116種，其中包括《國家重點保護動物名單》中的一級保護動物3種，二級保護動物10種。武陵源動物世界中，較多的是獼猴，據初步觀察統計為300隻以上。當地人叫做“娃娃魚”的大鯢，則遍布於溪溝、泉眼和深潭之中。
武陵源有多姿多彩的氣象景觀。武陵源的春、夏、秋、冬，陰、晴、朝、暮，氣象萬千。雲霧是武陵源最多見的氣象奇觀，有雲霧、雲海、雲濤、雲瀑和雲彩五種形態。雨後初霽，先是朦朧大霧，繼而化為白雲，縹緲沉浮，群峰在無邊無際的雲海中時隱時現，如蓬萊仙島、玉宇瓊樓，置身其間，飄飄欲仙，有時雲海漲過峰頂，然後以鋪天蓋地之勢，飛滾直瀉，化為雲瀑，蔚為壯觀。
張家界，又名青岩山，麵積一百三十平方公裏，是中國第一個國家森林公園，它地處武陵山中。張家界地貌奇特，有石峰2000多座，形態各異，樹木茂盛，森林覆蓋率達88%，四周山地環抱，坡陡溝深，氣候暖濕，區內景點眾多，尤以黃獅寨、砂刀溝、金鞭岩、金鞭溪等最為著名。有黃獅寨、金鞭溪、腰子寨、琵琶溪、砂刀溝、後花園、朝天觀七條主要旅遊線。
天子山風景區位於武陵源北，與張家界、索溪峪山水相依，總麵積67平方公裏。天子山海拔高1262.5米(昆侖峰)，最低534米，環山遊覽線有40餘公裏。天子山風景區因南宋末年土家族領袖向王（名大坤）自稱天子而得名。區內許多景點也都與此有關，如天子洲、寶劍峰、龍椅岩等。