目前武陵山区内4省（市）共设置15个国家级自然保护区，表明武陵山区内高等动植物资源非常丰富。
A. 湖北武陵山区
湖北武陵山区包括有湖北11个县市区：恩施土家族苗族自治州8个县市（恩施市、利川市、巴东县、来凤县、咸丰县、建始县、鹤峰县、宣恩县），另外包括宜昌市的3个县：秭归、长阳、五峰。湖北武陵山区内拥有3个国家级自然保护区：
① 星斗山国家级自然保护区地处武陵山脉与巫山山脉的交汇部，属中亚热带大陆性季风气候。总面积68339 hm2，分为星斗山和小河两片，东部星斗山片，位于利川、恩施和咸丰县交界地带，该区毛坝花板溪和星斗山地区沟谷深切，峰峦层迭，年平均气温14.9℃，年平均降水1481 mm。西部小河片所处地形一般为周边比较高悬的“U”形河谷地带，西至北为齐岳山和福宝山两座大山夹峙。谷地内土层深厚，气候温和湿润，冬寒夏凉，雨量充沛，适宜水杉耐寒耐湿的生长条件，全国发现最早的水杉自然分布区位于其内。经过保护区的初步调查统计，星斗山国家级保护区共有国家重点保护野生植物33 种，一级保护植物有银杏、红豆杉、南方红豆杉、水杉、伯乐树、莼菜、珙桐和光叶珙桐等。星斗山动物种类繁多，早在1992年，中国科学院宋大祥等（1992）蜘蛛目园珠科的8个新种；据李神斌等（2010）的调查，星斗山自然保护区的两栖类共有2目9科38种，其中蛙科的种类最多。但植物多样性的调查偏向于高大乔木类，草本等植物相关资料较少，动物的报道也限于少数类群。
② 七姊妹山国家级自然保护区，该保护区位于湖北恩施州宣恩县东部，东经109°38′－109°47′，北纬29°39′－30°05′，总面积34550 hm2，2007 年批准建立为国家级自然保护区。该区域地处武陵山脉余脉，是我国中亚热带向北亚热带的过渡地区，同时也属中国三大特有现象中心之一的“川东-鄂西特有现象中心”的核心地带。全境地势表现为北东高西南低，最高峰火烧堡海拔2014.5 m，最低海拔650 m，区内植被垂直差异明显。据方元平等（2007）调查，该保护区共有国家重点保护野生植物28 种。七姊妹山国家级自然保护区的建立，有利于对原始珙桐纯林群落、泥炭藓森林沼泽湿地以及大型猫科动物栖息地的保护。区内鸟类、两栖类等脊椎动物有过初步的调查统计，但蜘蛛类以及昆虫类的数据资料相对缺乏。
③ 五峰后河国家级自然保护区，位于湖北西南部的五峰土家族自治县，该区域地处武陵山脉东北部，是湘鄂两省的分界线，也是三峡库区清江的发源地。保护区于1984 年正式成立，2000年晋升为国家级，总面积10340 hm2。全境地势表现为周高中低，群山环绕，最高峰海拔2252 m，最低处百溪河谷海拔421 m。保护区内生物资源具典型性、多样性、古老孑遗性等特点，是湖北省珍稀动植物分布的聚集地和三峡地区最有价值的物种基因库。调查统计发现区内共有国家重点保护野生植物25 种，国家保护动物有51种，其中包括国际濒危物种。保护区内动物调查主要是脊椎动物类，无脊椎动物的数据资料仍相对缺乏。
B. 湖南武陵山区
湖南武陵山区包括湖南省37个县市区，具体包括：湘西土家族苗族自治州的吉首、泸溪、凤凰、花垣、保靖、古丈、永顺、龙山1市7县；张家界市的永定、武陵源、慈利、桑植2区2县；怀化市的鹤城、沅陵、辰溪、麻阳、中方、芷江、新晃、洪江、会同、靖州、通道、溆浦12个县市区；常德市的石门县以及益阳市的安化县；娄底市的新化、涟源、冷水江3个县市；昭阳市的新昭、昭阳、隆回、洞口、绥宁、新宁、城步、武冈8个县市。
湖南武陵山区内生物多样性非常丰富，境内拥有9个国家级自然保护区：
① 壶瓶山国家级自然保护区，位于湖南石门县内，属武陵山脉北支的太青山系，地处湘西北和鄂西南鹤峰、五峰交界地带，总面积66568 hm2。年均温度9.2 ℃，年均降水量1898.5 mm。壶瓶山主峰海拔2098.7 m，为湖南省第一高峰，被称为“湖南屋脊”。 壶瓶山自然保护区没有受到第四纪冰川的侵袭，保存了良好的生态环境和大量的孑遗动植物群落，是华中地区珍贵生物物种的基因库，也是华南虎野外繁殖种群的存在地之一。在保护区已初步查明的2836种植物中，属国家一、二级保护植物有33种。区内丰富的植被和温暖湿润的气候，为野生动植物的繁衍提供了良好的生境，据调查，区内有金钱豹等54种国家重点保护动物，动物种类的调查也倾向于脊椎动物类。
② 八大公山国家级自然保护区，位于湖南省桑植县境内，面积约20000 hm2，1986年经国务院批准成为我国首批国家级自然保护区。保护区内动植物区系组成既有古老的我国特有种，也有现代区系成份,新老兼蓄，南北相承，形成丰富的动植物资源。区内分布植物多达3000余种，有鹅掌楸、青钱柳、水青树等古老植物，有以珙桐为主的成片混交林，形成了罕见的植物群落。记录表明该区脊椎动物有312种、昆虫1179种(湖南新记录62种、中国新记录33种)、蕨类植物504种(湖南新记录16种)、种子植物1996种。植物种类占全省总数的66%,动物种类占湖南省总数的18%。全区森林覆盖率达94.1%。该保护区对研究亚热带森林发生发展规律和保护珍稀濒危动植物具重要的科学价值。
③ 张家界大鲵自然保护区，地处武陵山脉东段，是湖南湘、资、沅、澧四大水系的发源地，于1996年晋升为国家级自然保护区，主要保护对象为大鲵及其生态环境。境内以山地为主，由于太平洋东南季风受到武陵山脉的阻挡，形成当地的季雨气候，适宜的气候条件和发达的水系为国家重点保护野生动物大鲵的栖息和繁衍提供了良好的生态环境，因而该保护区成为我国大鲵的集中分布区之一。除大鲵外，本区的其它野生动物资源也非常丰富，列入国家一、二级保护的还有云豹、大灵猫、红腹角雉、穿山甲、水獭等，均具有很高的保护价值。保护区的森林覆盖率高达95%，其中木本植物 500 多种，本保护区已被联合国教科文组织世界遗产委员会列入《世界自然遗产名录》。
④ 借母溪国家级自然保护区，位于湖南省西北部，是武陵山脉南支向东南伸展的中低山部分，地处云贵高原向江南丘陵过渡的第二级阶地。保护区东与借母溪乡为邻，南与明溪口镇相连，西与永顺县小溪国家级自然保护区相邻，北与张家界市永定区四都乡的武陵山南支脉山脊线分界。东西长15.5 km，南北宽15 km，士地总面积13041.0 hm2，其中核心区面积5705 hm2，缓冲区面积2045 hm2，实验区面积5291 hm2。本区为亚热带常绿阔叶林区域—中亚热带常绿阔叶林地带—中亚热带常绿阔叶林北部植被亚地带—武陵山原山地丘陵植被小区。保护区内有31种野生动物被列入《濒危野生动植物国际贸易公约》，其中列入附录级的5种
⑤ 乌云界国家级自然保护区（原黑山自然保护区），位于武陵山脉与雪峰山脉的交汇处，地处雪峰山余脉的北坡，2006年升为国家级自然保护区。保护区总面积33818 hm2，其中核心区面积16385 hm2，缓冲区面积7655 hm2，实验区面积9778 hm2。保护区有森林面积27610 hm2，森林植被覆盖率高达92.5%，是湘西北重要的水源涵养区和生态屏障。区内植被茂密，保存着中亚热带较完整的大面积低海拔常绿阔叶原始次生林。有大片国家重点保护植物篦子三尖杉群落以及众多古树名木。本区有野生脊椎动物28目71科201种，无脊椎动物21目162科999种，其中国家一级保护的野生动物有4种，国家二级保护的野生动物有23种。本区动物分布的一个显著特点是有大型猫科动物群落保存，特别是濒危物种华南虎，是目前中国发现野生华南虎踪迹的几个少数区域之一。
⑥ 小溪国家级自然保护区，位于湖南省西北部，湘西苗族土家族自治州永顺县东南部。1982年经湖南省政府批准成立为省级自然保护区,2001年晋升为国家级自然保护区。保护区总面积24800 hm2，其中核心区6133 hm2。保护区为深切割的山地，区内山峦起伏，物种丰富，是湘西青冈、湘西石栎等21种植物模式标本的产地。据统计区有高等植物1500多种。保护区内生长着大片亚热带低海拔常绿阔叶原始次生林，珍稀植物种类繁多，国家保护的珍稀濒危植物有18种。保护区原始次生林中还存有金钱豹、云豹、白颈长尾雉等国家一、二级保护动物。
⑦ 舜皇山国家级自然保护区，位于湖南新宁县东南部，原为舜皇山和紫云—万峰山两个省级自然保护区，2006年获批准成为国家级自然保护区。总面积21719.8 hm2，其中核心区9073.4 hm2，缓冲区6656.7 hm2，试验区5969.7 hm2。保护区植被类型属中亚热带常绿阔叶林区，是中国南岭山地和华中、华南植物区系交汇过渡的亚热带所特有的植被类型，植物区系优势十分明显，有保存完好的银杉群落，科研价值极高。中国著名裸子植物专家傅立国教授评价其为世界上现存林相最整齐、混生树种最独特、分布海拔最低的银杉群落，据统计，保护区内拥有银杉58株，占全球4484株的1.3%。
⑧ 黄桑国家级自然保护区，位于湖南省绥宁县西南部，地处武陵山脉与雪峰山脉交汇处。保护区总面积5334 hm2，其中核心保护区2600 hm2，实验区667 hm2。区内海拔1000 m以上峰峦16座，最高峰牛坡头海拔1904 m；长度超出了5 km的大小溪流14条，优越的气候条件和地理环境，使天然森林在这里大面积繁衍生息。珍稀树种193种，古老孑遗的36种，我国特有的树种18种，观赏植物166种。保护区有华南虎、黄腹角雉、大鲵(娃娃鱼)等18种国家保护动物。
⑨ 鹰嘴界国家级自然保护区，位于湖南省会同县东南部，怀化市南端，沅水上游，地处云贵高原向雪峰山倾斜交汇处。是一个低海拔集森林生态系统和野生动植物物种保护于一体的自然保护区。始建于1998年，2006年经国务院批准为国家级自然保护区。总面积15900 hm2，其中核心区面积6310 hm2，占总面积的39.7%。鹰嘴界自然保护区保存了许多国家珍稀保护物种。其中国家一级保护野生植物有红豆杉、银杏、纯菜、钟萼木、南方红豆杉。国家一级保护的野生脊椎动物的有云豹、白颈长尾雉、白鹤、白鹳4种，二级保护的有大鲵、虎纹蛙等21种。
C. 黔东武陵山区
黔东武陵山区包括贵州省16个县市区，其中铜仁地区10个县市区：铜仁、江口、万山、玉屏、思南、石阡、松桃、印江、沿河、德江；遵义市6县市区：正安、道真、务川、凤冈、湄潭、余庆。这一地区曾因发现黔金丝猴、华南虎等多种珍稀动物和珙桐、银杏、水杉等多种著名孑遗植物而为生物学家所重视，盛产国家二级保护动物大鲵和棘胸蛙。
黔东武陵山区拥有国家级自然保护区2个：
① 梵净山自然保护区，位于贵州省的江口、印江、松桃三县交界处。于1986年国务院批准为国家级的自然保护区，是贵州省的第一个国家级保护区，被列为世界人与生物圈（MAB）保护区网成员，成为中国的第四个国际生物圈保护区。保护区面积约38000 hm2。梵净山是武陵山脉的最高峰，海拔2572 m。该保护区是我国西部中亚热带山地典型的原生植被保存地，区内森林茂密，以中亚热带的常绿阔叶林最为典型，具有不少的古老植物孑遗群落。据初步调查，梵净山还生长着许多贵州特有植物，其中有一些仅存在于梵净山区，除著名的梵净山冷杉外，还有贵州杜鹃、黔蚊母树、贵州香秀菊等。全世界特有的珍稀动物、数量极少的我国特产动物黔金丝猴也仅分布于此。
② 麻阳河自然保护区，位于黔东北沿河土家族自治县与务川仡佬族苗族自治县接壤处，属野生动物类型保护区，主要保护对象为国家一级重点保护野生动物黑叶猴及其栖息地。保护区总面积31113 hm2，其中麻阳河流域面积3183 hm2，洪渡河流域面积1225 hm2。该保护区始建于1987年，2003年经国务院批准晋升为国家级自然保护区。2004年加入中国人与生物圈保护区网络。该保护区分布有黑叶猴76群730只左右，是我国黑叶猴分布最密集、数量最多的地区，也是全球最大的黑叶猴种群栖息地。保护区内植物资源也非常丰富，据统计植物达120科293属800余种。
D. 渝东南武陵山区
渝东南武陵山区包括重庆的7个县市区：丰都、石柱、黔江、酉阳、秀山、彭水、武隆。重庆武陵山区地处四川盆地东南部大娄山和武陵山两大山系交汇的盆缘山地，是重庆唯一集中连片、也是全国为数不多的以土家族和苗族为主的少数民族聚居区。渝东南武陵山区属中亚热带湿润性季风性气候，气候温和，四季分明，热量丰富，雨量充沛。区内生物多样性较高，拥有黔江国家森林公园和武陵山国家森林公园，有红豆杉、白豆杉、水杉、珙桐等珍稀植物和黄猴、猕猴、红腹锦鸡等保护动物，自然资源十分丰富。
渝东南武陵山区有1个国家级自然保护区：金佛山国家级自然保护区，严格来讲，该保护区位于大娄山脉北部余脉，邻近武陵山脉，属二者相连地界，是四川盆地东南缘与云贵高原的过渡地带。保护区地处重庆市南川区境内，东邻武隆县、贵州省道真县，南连贵州省正安县、桐梓县，总面积41850 hm2，区内群峰起伏、沟壑纵横，野生动植物资源极为丰富。保护区成立于1979年，2000年经国务院批准成为国家级自然保护区，主要保护对象是银杉、黑叶猴及其森林生态系统，是森林生态系统类型的自然保护区。
