保护区地理坐标:东经108°24′00″—108°36′10″之间，北纬33°34′00″—33°22′00″，以平河梁主峰-龙潭子为核心。最高海拔2679米；最低点海拔1265米。保护区总面积21152公顷，全部为国有林。划分为核心区、缓冲区和试验区，其中核心区6510公顷，缓冲区6200公顷，实验区8442公顷。
保护区位于秦岭腹地，辖区地域辽阔，人烟稀少，属北亚热带湿润季风气候，四季分明，夏季凉爽多雨，冬季干燥微寒，气候垂直分布明显，年降水量944.5毫米。良好的生态系统、森林环境和气候条件为珍稀野生动植物提供良好的栖息场所和食物基地，区内野生动植物资源丰富，种类繁多。经调查，分布有168科，728属，1830种，占陕西种子植物1143属、4377种的63.7%、41.8%。其中有国家重点保护植物43种，省级保护植物9种。珍稀树种有：红豆杉、秦岭冷杉、大果青杆、连香树、水青树、野大豆、水曲柳等。保护区有野生脊椎动物289种，占陕西脊椎动物总数的39.1%。其中有国家一级重点保护物种6种，国家二级重点保护物种24种，陕西省省级重点保护物种20种；我国特有物种63种。其中最具有代表性的有大熊猫、羚牛、川金丝猴、朱鹮，“秦岭四宝”。生物多样性丰富度较高，其原始性、稀有性、典型性和代表性突出明显，。
保护区的自然景观包括地质、地貌、气候、水文、动物和植物等，以高、寒、奇、险、特为特色使该区成为一处自然生态环境独特的自然综合体。保护区森林茂密，覆盖率高，对周围地区具有重大的生态效益，主要体现在涵养水源、保持水土、净化空气、调节气候和提供自然生态“本底”等作用。平河梁自然保护区的建立，将北部的牛背梁、东部的镇安鹰嘴石、西部的宁陕自然保护区有机的结合起来，形成保护区群，为大熊猫及野生动物提供了良好的栖息环境，使珍稀、濒危物种得到更好的保护与繁衍。
2011年12月9日顺利通过国家环保部的晋级评审，2012年1月平河梁自然保护区通过国务院国家级自然保护区评审委员会评审和公示，保护区各项建设工作向前稳步推进，实现人与自然的和谐发展。2013年6月4日，经国务院办公厅《国办发[2013]48号》批准平河梁自然保护区晋升为国家级自然保护区。
