La sierra es una de las últimas estribaciones de las Cordilleras Béticas.
Tiene una forma cuadrangular y una alineación de suroeste a noreste.
El material predominante es la caliza, si bien la intensa actividad tectónica ha provocado la existencia de muy variados paisajes. La altura máxima de la sierra es el pico del Montcabrer, con 1390 m, siendo el tercero de la provincia de Alicante. Además de éste, son numerosas las cimas de más de mil metros, como el Alto de Mariola (1.158 m), El Contador (1.232 m) y El Portín (1.081 m).
Esta sierra presenta un clima mediterráneo con un ligero matiz continental debido a la relativa altura media existente. Posee inviernos fríos donde las temperaturas pueden caer hasta los -15 Cº en las zonas más altas (1000 metros o más).
Los veranos son calurosos, con temperaturas que pueden superar los 35ºC e incluso los 40ºC. Las precipitaciones oscilan entre los 350 mm y los 900 mm anuales respectivamente (son muy irregulares).
Esta sierra es notablemente rica en variedades vegetales.
Entre todas ellas destaca la presencia del tejo. En la microrreserva de la Teixera d’Agres se puede observar el bosque de tejos más meridional de Europa, aunque actualmente no es tan abundante como en otros tiempos.
La mayor parte de la sierra se encuentra cubierta por una formación boscosa en la que el pino carrasco es predominante junto con diversos arbustos como la aliaga, el romero o la jara.
Sin embargo, también es posible encontrar el bosque mixto mediterráneo, en el cual se entremezclan especies como la carrasca junto con árboles caducifolios mucho menos frecuentes en la Comunidad Valenciana como pueden ser el fresno, el arce o el quejigo como especies arbóreas y la presencia del durillo, el rusco o la madreselva como especies arbustivas.
Pero sin lugar a dudas la verdadera riqueza de la sierra se encuentra en la diversidad florística. Se han llegado a identificar 1200 especies, muchas de ellas endémicas de la Comunidad Valenciana o de la propia sierra. De entre ellas se podría destacar la salvia de Mariola, el rabo de gato, la manzanilla borde, la piperela, el espliego, la santonica, el hipérico o el té de roca.