庞泉沟国家级自然保护区，南北长15公里，东西宽14.5公里，总面积10443.5公顷，森林覆盖率达86%。

山西庞泉沟国家级自然保护区地处吕梁山脉中段，属山区。最高峰孝文山，为关帝山的主峰，海拔2831米，最低海拔1500米。

庞泉沟国家级自然保护区属于暖温带及其吕梁山半湿润区，是中温带到暖温带的过渡地带，年平均气温4.3℃，相对湿度70%，年平均降水量820毫米左右，无霜期180天。