塞罕坝国家级自然保护区所在区域属温带半湿润季风气候区，全年气候的特点为冬季漫长，低温寒冷；春季错后，干燥多风；夏季不明显，光照强烈。无霜期短，昼夜温差大；降水量偏少；风多风大，蒸发潜量大于降水量；大风、沙暴、干旱、霜冻等灾害性天气比较多。保护区内陆河岔较多，多数水源补充入就近的沼泽或滩地，东部为阴河支流的源头，中北部为吐力根河的上游，东南部一带是撅尾巴河的发源地，吐力根河、撅尾巴河均为滦河上游小滦河和伊逊河的源头，汇入滦河后注入渤海湾。
区内有国家重点保护野生植物4种，即野大豆、蒙古黄芪、刺五加和沙芦草；有特有植物1种1变种2变型，即光萼山楂、长柱多裂叶荆芥、围场茶藨子和黄花胭脂花；在河北省仅该区有分布的植物30余种。保护区是塞罕坝区域天然植被的集中分布区，区内天然植被群落保护完好，森林草甸植被和湿地沼泽基本处于原生状态，集中了塞罕坝地区特殊、稀有的野生生物物种，是塞罕坝地区各种原生性生态系统保存最完好、生物多样性最丰富、生物地理区系交错带最典型的区域，是塞罕坝地区的一个生物基因库，也是河北省最有生态资源保护价值的保护区之一。
