Территория заповедника расположена в Аяно-Майском районе Хабаровского края. В географическом плане эта территория относится к Центральному Приохотью. Заповедник находится на побережье Охотского моря, охватывая хребет Джугджур, являющийся водоразделом бассейнов Тихого и Северного Ледовитого океанов. Также в заповедник входит часть акватории Охотского моря и несколько островов.
Территорию Джугджурского заповедника можно охарактеризовать как горную страну с преобладанием хребтов альпийского типа. Основной хребет - Джугджур - проходит вдоль побережья Охотского моря (50-100 км от берега) и является водоразделом бассейновых рек, впадающих в Северный Ледовитый океан и Охотское море.
Достигая высот 1400-1800 м, он делит территорию заповедника на две совершенно не сходные части. Юго-восточная представляет собой приморскую полосу, занятую отрогами Джугджура, сильно гористую и труднодоступную. Захребетная (материковая) часть представлена, в основном, участком горного плато, поверхность которого нарушена многочисленными поднятиями в виде отдельных гор и хребтов. Наивысшая точка - гора Топко (1906 м). Хребет Прибрежный меньшей высоты (600-800 м над ур.моря), но к побережью обрывается скалами.
Реки, впадающие в Охотское море, имеют характер горных потоков, на западных склонах хребта Джугджур они значительно спокойнее.
Озера двух типов - горные и долинные. Озеро Антыкан лагунного типа служит местом отдыха водоплавающих и околоводных птиц во время весеннего и осеннего пролетов.
Выражены вертикальные пояса - лесной, подгольцовый и гольцовый. Основная лесообразующая порода - лиственница даурская. Характерно криволесье из лиственницы с зарослями кедрового стланика.
На южных склонах местами произрастают сосняки, на дренированных речных террасах - ельники. В гольцовом поясе горные тундры, каменистые россыпи и скалы.
К наиболее охраняемым видам флоры относятся: астрагал приморский, астрокодон распростертый, бородиния тилинга, брайя стручковая, валериана аянская, венерин башмачок пятнистый, венерин башмачок крупноцветковый, зорька аянская, калипсо луковичное, камнеломка аянская, камнеломка Сиверса, камнеломка Тилинга, карагана гривастая, костенец зеленый, лжеводосбор мелколистный, магадания ольская, овсяница мягчайшая, остролодочник аянский, остролодочник Васильева, остролодочник Тилинга, остролодочник Траутфеттера, родиола розовая, сердечник Виктора, сердечник стоповидный, смеловския неожиданная, соссюрея аянская, фиалка короткошпорцевая.
В фауне преобладают горно-таежные виды (лось, бурый медведь, соболь, росомаха, каменный глухарь, кедровка), есть типично арктические (белая куропатка, зимняк), а также центрально-азиатские (снежный баран, черношапочный сурок, горный конек) виды.
Млекопитающие: Бурый ушан (занесен в Красную книгу Хабаровского края), снежный баран, соболь, лось, кабарга, выдра, лахтак, кольчатая нерпа, пегая нерпа, крылатка. Птицы: Белоплечий орлан, беркут, горный дупель, дикуша, длинноклювый пыжик, красношейная поганка, орлан-белохвост, острохвостый песочник, рыбный филин, сапсан, серощекая поганка, скопа, кречет, старик, тетеревятник, филин, черный аист. Рыбы: Кета, горбуша, нерка, кижуч, кунджа.
Птицы: глухарь каменный, кречет, куропатка белая, орлан белоплечий, орлан-белохвост, старик, филин, филин рыбный, ястреб-тетеревятник
Млекопитающие: баран снежный, выдра, кабарга, лахтак, лось, медведь бурый, нерпа кольчатая, росомаха, соболь, ушан
Рыбы костные: кижуч, кунджа, нерка