太行山脉整体上位于华北板块的中部,地理位置为北纬34°35′—40°19′,东经110°15′—116°27′,呈北北东—南南西方向延伸,直到山西陵川县南部转为东西走向,全长约500千米,宽约40—50千米。太行山脉的海拔一般为1000—1500米,最高山段位于北段与中段,海拔在2000米以上。
相对高差在200—1500米之间。太行山脉的主峰为小五台山,海拔2882米,最高峰为五台山,海拔3061.1米。北端最高峰为小五台山,海拔2882米;南端高峰为陵川的佛子山、板山,海拔分别为1745米、1791米。
太行山脉的地形特点还包括其山地系统,呈向东南凸起的弧形状分布在豫西北一隅,由中山、低山、丘陵及其间的山间盆地、山间沟谷所组成。山地一般海拔在1000~1500米之间,地势高峻,向东和向南则山势陡然下降,变为起伏和缓的低山丘陵,与平原相连。
太行山脉的形成经历了多次地壳运动。大约在2.5亿年前的中生代时期,由于强烈的地壳运动,太行山脉逐渐隆起。随后,在6500万年前的喜马拉雅运动中,太行山脉进一步隆起并最终形成。
太行山脉的地质基础为一穹断带,主干走向大断裂和东部边缘走向大断裂均很发育。山脉由中山、低山、丘陵及其间的山间盆地、山间沟谷组成,一般海拔在1000至1500米之间,地势高峻,向东和向南则山势陡然下降,变为起伏和缓的低山丘陵。
太行山区东南侧受太平洋暖湿气流影响,气温高、降水量大,所以太行山南部地区属暖温带半湿润气候区,但因西北侧又受到西北干冷气流的影响,大陆性气候明显,所以北部地区气候偏凉,降水量少,属于暖温带半干早气候区。其中恒山北部为温带半干旱气候区。
气温从南到北,逐渐降低,黄河边平陆县年均气温为13.7℃,至恒山地区降为4—6℃,变幅近10℃。极端最低气温在豫北山地为-21℃,至北部浑源降至-37.3℃,最低为五台山山顶,可达-44.8℃,极端最高气温在南端芮城可达42.4℃。全区≥10℃积温一般为2500(北部)一4500℃(南部)。无霜期一般120—200天。
年均降水量在南部一般为550—650毫米,而在北部地区为400—500毫米,降水量的年际和月际变化都很大,例如豫北年降水量最低200毫米,最高可达1000毫米。太行山区的每年降水量主要集中在7—9月份,可达全年的60—70%,且多暴雨,因而引起严重的水土流失。