青海可可西里国家级自然保护区保护范围为：东至青藏公路，西至青海省界，北至昆仑山脉的博卡雷克塔克山，南至格尔木市唐古山乡与治多县界，东经89.25°～94.05°，北纬34.19°～36.16°，总面积约4．5万平方公里；核心区为可可西里山与乌兰乌拉山——冬布勒山之间，面积1.55万平方公里。
可可西里自然保护区位于青海西南部的玉树藏族自治州境内。它是横跨青海、新疆、西藏三省区之间的一块高山台地。保护区西与西藏相接，南同格尔木唐古拉乡毗邻，北和新疆维吾尔自治区相连，东至青藏公路，总面积4.5万平方公里。
青海可可西里国家级自然保护区内地势高亢，受地质地貌构造控制，区内山地、宽谷和盆地呈北西西－南东东方向有规律的带状排列：
自北向南为：昆仑山东段博卡雷克塔格山和马兰山－大雪峰组成的大、中起伏的高山和极高山；勒斜武担湖－可可西里湖－卓乃湖、库赛湖高海拔湖盆带；
可可西里山中小起伏的高山带；西金乌兰湖－楚玛尔河高海拔宽谷湖盆带；冬布勒山－乌兰乌拉山中小起伏的高山带。
可可西里自然保护区内中部较低缓，西部高而东部低，基本地貌类型除南北边缘为大中起伏的高山和极高山外，广大地区为中小起伏的高山和高海拔丘陵、台地和平原。
青海可可西里国家级自然保护区是羌塘高原内流湖区和长江北源水系交汇地区。
可可西里分为三个水系：东部为楚玛尔河水系组成的长江北源外流水系，以雨水、地下水补给，水量较小，以季节性河流为主：西部和北部是以湖泊为中心的东羌塘内流水系，处于羌塘高原内流湖区的东北部；北部中段为柴达木盆地内流水系，以红水河为主，穿越昆仑山流入柴达木盆地。
保护区内河水流域几乎遍及整个保护区；湖泊众多，据统计面积大于1平方公里的湖泊有107个，总面积3825平方公里，湖泊面积在200平方公里以上的有6个，1平方公里以下的湖泊有7000多个，因此被称为“千湖之地”。
可可西里现代冰川广布，区内有冰川255条，面积750.7平方公里，冰储量816.489亿立方米。保护区地处多年冻土地带，冻土面积占保护区面积90%以上，冻土最厚达400米。冰川和冻土是巨大的固体水库。
青海可可西里国家级自然保护区土壤类型主要有高山草甸土、高山草原土和高山寒漠土三个地带性土壤。其次为沼泽土，零星分布的有草甸土、龟裂土、盐土、碱土和风沙土等，土壤类型比较简单。
青海可可西里国家级自然保护区因海拔高、气候干旱寒冷，形成了典型的高寒气候特征。在西金乌兰湖地区有一明显的相对暖区。年均温为-10.0℃～4.1℃，最低气温-46.2℃。分布趋势是由东南向西北逐渐降低。最冷月出现在1月份，最暖月在7月份。年均降水量在173～495mm之间，由东南向西北逐渐减少。降水主要集中在5～9月份，占年降水量的90%以上。可可西里地区由于受高空强劲西风动量下传的影响，成为整个青藏高原和全国风速主值区之一，年均风速分布由东南、东北向腹地及西部逐渐增大，等值线基本呈“喇叭口型”。风速在8.0～3.5m/s之间。
1995年青海省政府将该区列为省级自然保护区，并于1996年公布。
1997年12月国务院批准并公布该区为国家级自然保护区。
1999年9月更名为“青海可可西里国家级自然保护区”。
2016年4月，青海省召开省委常委会议部署三江源国家公园体制试点工作，提出将力争于5年内建成中国三江源国家公园。
三江源国家公园范围包括青海可可西里国家级自然保护区，以及三江源国家级自然保护区的扎陵湖、鄂陵湖、星星海、长江的正源格拉丹东、长江的南源当曲、黄河源头的约古宗列等区域等地，园区总面积19.07万平方公里。
2024年5月，三江源国家公园治多管理处资源环境执法局发布《关于禁止在长江源园区核心保护区开展旅游、探险、穿越等活动的通告》，明确三江源国家公园长江源区禁止开展旅游、探险、穿越等活动，一切组织或个人未经许可不得擅自进入。
青海可可西里国家级自然保护区现有高等植物约202种，分属30科102属。以矮小的草本和垫状植物为主，木本植物极少，仅存在个别种类，如匍匐水柏枝、垫状山岭麻黄。200多种植物中，青藏高原特有种和青藏高原至中亚高山、西喜马拉雅和东帕米尔分布的种在区系成分中占主导地位。并有一定数量的北极高山成分，而温带亚洲分布的种较少，温带和世界广布的种极其个别，仅出现在环境相对稳定的水域生境中，如海韭菜和眼子。据初步统计，该区青藏高原特有种有84种，约占该区全部植物的40%，其中青海可可西里地区特有种和变种约有8个以上。青藏高原至中亚高山、西喜马拉雅、东帕米尔分布的种50个左右，占该区植物的35%。北极-高山成分约有5种。
青海可可西里国家级自然保护区已知哺乳类动物有30种，隶属于5目12科20属；鸟类有56种，隶属10目22科。此外，本区产2种裂腹鱼类及4种鳅类，几乎全为高原特有种。爬行动物仅青海沙蜥1种。拥有野牦牛、藏羚羊、野驴、白唇鹿、棕熊等青藏高原上特有的野生动物。可可西里是中国动物资源比较丰富的地区之一，拥有的野生动物多达230多种。
由于该区地势高亢，气候干旱寒冷，植被类型简单，食物条件及隐蔽条件较差，动物组成简单。但是，除猛兽猛禽多单独营生外，有蹄类动物具结群活动或群聚栖居的习性，种群密度较大，数量较多。
青海可可西里国家级自然保护区是羌塘高原内流湖区和长江北源水系交汇地区。东部为楚玛尔河水系组成的长江北源水系，西部和北部是湖泊为中心的内流水系。区内1平方公里以上的湖泊有107个。200平方公里以上的湖泊有7个，最大的乌兰乌拉湖，湖水面积544.5平方公里，是青海省第四大湖。可可西里湖泊大部分为咸水湖或半咸水湖，矿化度较高。区内现代冰川广布，冰川总面积2000平方公里，有布喀达坂冰帽冰川，马兰山冰川、岗扎日冰川等。该地区有许多奇特的自然景观，如山谷冰川，地表冻丘、冻帐、石林、石环、多彩的高原湖泊，盐湖边盛开的朵朵“盐花”，以及现代冰川下热气蒸腾，水温高达91℃的沸泉群等，组成了特有的旅游资源。乌兰乌拉山末端长达2000米的海相侏罗系剖面，对于开展地质、古地理、古生物等科学研究具有重要的意义。可可西里地区矿产资源主要有金、银、铅、锌、铁、石英、玉、煤、盐等。青可可西里被誉为“世界第三极”和青藏高原珍稀野生动物基因库，在自然环境保护，生物多样性保护，科学研究和生态探险旅游等方面具有重要的科研和生态价值。
