中國東北地區重要山脈。黑龍江南源額爾古納河和主要支流嫩江發源地。北起黑龍江畔，呈北東及北北東走向，南止於西拉木倫河上遊谷地。介於北緯43°～53°30′，東經117°20′～126°。全長約1200公裡，寬200～300公裡，面積8.44萬平方公裡。大部分海拔1100～1400米。山地呈不對稱狀，西北高東南低，西緩東陡，西側緩緩過渡到蒙古高原，東側逐級陡降到東北平原，山幅北寬南窄。與小興安嶺一般以嫩江河谷為界，但也有以北安─愛輝─線分野的。高峰有黃崗梁（22029米）等。
地質與地貌 大興安嶺屬內蒙古大興安嶺褶皺系，於華力西運動褶皺隆起。燕山運動有大量花崗巖侵入及斑巖、安山巖、粗面巖與玄武巖的噴出。中生代大興安嶺褶皺帶被束窄和改造，並向南延伸。第三紀漸新世初期被夷成準平原，喜馬拉雅運動產生新的構造斷裂，並有大量玄武巖流沿斷裂帶噴出。由於多次間隙性抬升及撓曲翹起的結果，山體上升到海拔1000米，並形成瞭東坡多級的地形。更新世地殼運動主要表現為繼承性的微弱振蕩運動。冰期中發育瞭冰川冰緣地貌。冰後期有風成黃土及風成砂粒堆積，新構造運動促進瞭河流階地發育；大興安嶺南段有40餘座火山，呈北北東向排列，形態多樣。
大興安嶺以伊勒呼裡山和洮兒河為界分為3段：①北段為中等切割、具有多年凍層的臺原，山脊渾緩，平均海拔不到900米，河流呈放射狀，山頂部遺留有準平原面遺跡。②中段平均寬200～300公裡，海拔1200～1500米，大黑溝摩天嶺1725米，主要分水嶺破碎而不連貫。③南段分為罕山與黃崗梁兩支，寬度更窄，平均海拔1500米以上，最高峰分佈於此段，山脈頂部多為平坦熔巖臺地。
氣候與水文 南北氣候差異明顯：由北而南年均溫為-5.7～4℃，1月均溫約-32～-14℃，7月多在15～20℃，10℃以上活動積溫約1400～2500℃。年降水量北部為400～500毫米，南部及部分西坡小於400毫米，幹燥度北段小於1.0，南段大於1.25。北部屬寒溫帶濕潤氣候，日最低溫在0℃以下的寒冷期長達8個多月。極端最低溫可達-45℃以下，1969年2月13日漠河曾出現-52.3℃的日極端最低溫。全年最大積雪厚度在50厘米以上。南段春季多大風。
大興安嶺東側比西側降水多，氣溫高，氣候垂直變化也較明顯。
源自大興安嶺的河流或註入黑龍江、松花江、遼河等，或流失在平原濕地中。北部河流春汛顯著，春、夏、秋汛相連，南部春夏汛間有明顯枯水期；最大流量和最大水月北部多出現在8、9月份，南部在7、8月份；北部河流最大流量為年均流量的5～10倍，南部超過10倍，且夏秋汛流量變化很大。由南而北河流多年平均徑流深從50毫米以下到250毫米以上，江河封凍期4～6個月，最大冰層厚度1.4～1.8米左右。區內沼澤發育。
動植物、土壤 大興安嶺林業資源豐富，是中國重要林業基地之一，北段是中國唯一的寒溫帶針葉林區，興安落葉松為建群種，常與興安白樺、山楊、黑樺、叢樺混生。植被垂直分佈規律為：高峰頂為亞高山矮曲林帶和山地寒溫針葉疏林帶，興安落葉松在這兩帶內或生長低矮或為疏林，兩帶中均有偃松生長；往下為山地寒溫針葉林帶，自上而下有蘚類─(雲杉)興安落葉松林、杜鵑─（樟子松）興安落葉松林、蒙古櫟─興安落葉松林等亞帶。
中段高處與北部植被相似，但樺、楊比重較大，樟子松甚少。自山頂向下，東斜面為森林草原，草本中雜生各種灌木，陰坡常有小片蒙古櫟、興安白樺和興安落葉松林。山前基本屬草原類型。西坡由森林草原過渡到典型草原。
南段東坡森林草原分佈於海拔約1500～1800米，森林呈塊狀分佈。樹種有興安落葉松、興安白樺、山楊、蒙古柳、油松等，地處相鄰各區系交錯地域，植物種類多。草原較茂盛。
落葉松林、樟子松林下發育山地棕色針葉林土，柞樺林下為山地暗棕色森林土。山麓平緩地區多為草甸暗棕色森林土。大興安嶺西部及南部山地，陰坡楊、樺林下自北而南為灰色森林土及暗灰色森林土；在陽坡草原植被下以山地淋溶黑鈣土為主。大興安嶺東南部山前臺地上為沙壤質暗栗鈣土及暗栗鈣土型沙土。區內普遍分佈有季節凍土。西北部則有連續多年凍土、島狀多年凍土。
動物資源較豐富，有棲息於北極圈及西伯利亞寒帶類型的狼獾、駝鹿等。在陰濕谷地中多鹿科動物，針葉林中有種類繁多的嚙齒動物，闊葉林或灌叢中雉科鳥類較多。
礦產資源有鐵、銅、鉛、鋅、金、鎢、錫、鉍、鎳、汞、螢石、煤、油頁巖、雲母等。
大興安嶺素為鄂倫春、鄂溫克等少數民族牧、獵地區。有呼中、漢瑪、諾敏等自然保護區。