垣曲县位于华北大陆板块南部，鄂尔多斯地块与河淮地块接触带南端，中条断拱东北端东侧。境内北部高峻，南部低缓，西、北、东三面环山，南临黄河，中部为垣曲山间盆地，呈北宽南窄的葫芦形展布。海拔一般在600—800米之间。最高海拔2321.8米（舜王坪），为晋南最高峰；最低海拔176.7米（马蹄窝），为山西省最低点。全境山区面积1170.80平方公里，占总面积72.24%；黄土台原区、丘陵404.7平方公里，占总面积25%；洪积、冲积平原区39平方公里，占总面积2.4%。
    垣曲县独特的地理位置,良好的气候环境,使各种野生动植物相宜生长,植被种类丰富,享有“山西天然植物基因库”之称。经考察共有植物标本122科451属782种。历山国家级自然保护区为黄河中游地区唯一的斑块状落实阔叶原始森林，植被覆盖率85%，呈复层林状。环境闭塞，生态平衡，植被群落稳定，形成过渡性、特殊的暖温带森林植被类型。
    垣曲县山地草原、森林面积约为人口居住面积的5—6倍。植被随海拔升降，形成5种主要植被类型。亚高山草甸——山地温性针叶常绿林——暖温性夏绿阔叶林——灌木草原农垦带——河漫滩植被。