Khu bảo tồn thiên nhiên Xuân Liên nằm gần biên giới Việt-Lào, được giới hạn bởi sông Cao ở phía bắc. Nằm trên một dãy núi chạy từ Sầm Nưa ở Lào đến các huyện Thường Xuân và Như Xuân của tỉnh Thanh Hoá. Tiếp giáp với Khu bảo tồn thiên nhiên Pù Hoạt của tỉnh Nghệ An. Với tổng diện tích khu vực là 27.668 ha. Theo thống kê sơ bộ, khu bảo tồn hiện có hơn 6.000 ha rừng nguyên sinh, 1.142 loài thực vật, trong đó có 156 loài cây thuốc quý, hơn 40 loài cây ăn quả, 23 loài cây lấy nhựa và dầu, hàng trăm cây thuốc quý, cây đan lát, hàng chục họ lan.