大峰山脈の東、奈良・三重を分ける台高（だいこう）山脈の主峰部を指し、大台ヶ原山とも呼ばれる日出ヶ岳（標高1,695ｍ）、三津河落山（さんづこうちやま・標高1,654m）などに囲まれた山頂部は、古生層および中生層からなる隆起準平原*1の名残とされる広い台地状を呈し、周囲は急峻な懸崖となっている。とくに南西部は大蛇嵓（だいじゃぐら）、千石嵓（せんごくぐら）と呼ばれる大岩壁や滝が連なっている。紀伊半島南部は日本有数の多雨地帯で年間雨量4,500mmを超えることから原生林には倒木が苔むして横たわり、イトザサの繁茂する原や湿原も見られる。原生林に一旦湛水された水は、大台ヶ原から北西には吉野川から紀ノ川へ、南には北山川から熊野川へ、北東には宮川となって流れ出ている。宮川の源流付近には多くの名瀑がつづく大杉峡谷*2を形作っている。
　大台ヶ原ドライブウェイ*3によって山頂部の大台ヶ原駐車場まで車で登ることができる。
　駐車場から見て東部および南部にかけては東大台地区と呼ばれ、日出ヶ岳、正木ヶ原、牛石ヶ原、大蛇嵓展望台、シオカラ谷などを周回できる登山コース（約9km）などが設定されている。最高所となる日出ヶ岳からは大峰連山や熊野灘を望むことができ、大蛇嵓などの雄大な岩壁の景観を楽しめる。
　また、駐車場から見て西部から北部にかけての西大台地区は深い原生樹林に覆われており、自然保護のため入山規制*4がなされているが、事前申請すれば、原生樹林帯を縫い、千石嵓などを望みながらの登山コースを歩くことができる。
　大台ヶ原の天候は8～9月には豪雨が多く、11月初旬には初雪が見られることが多く、残雪は4月初旬ごろまである。800mまでは常緑広葉樹、1,500mまでは落葉広葉樹、それ以上はトウヒやシラビソ・トガサワラなどの針葉樹林となる。初夏にはヒメシャラ・シャクナゲが群生し、イトザサは広野を造り、コバイケイソウなども見られる。また、クマ・カモシカ・サル・シカなどの獣類、オオダイガハラサンショウウオなど爬虫類、亜高山性の鳥類、昆虫も種類が多い。
　登山口は、大台ヶ原駐車場からが一般的だが、大杉峡谷に通じる登山道などもある。大杉峡谷の登山コースは桟橋や吊橋などがあり、中・上級者向き。いずれのコースも登山装備をしっかり準備する必要がある。