Заповедник расположен в Алагирском районе Северной Осетии на северном склоне Большого Кавказского хребта в пределах высот 650—4 249 м над уровнем моря.
С севера на юг в заповедник полностью или частично входят хребты Кавказа: Предгорный, Лесистый, Пастбищный, Скалистый, Боковой и Главный (Водораздельный).
В заповеднике находится 76 ледников общей площадью около 37 кв. км. Крупнейший ледниковый узел — Караугом-Цейский — находится в Адайхозском массиве. Цейский ледник, самый крупный в заповеднике, имеет площадь 9,7 кв. км и длину 8,6 км. Он заканчивается на высоте 2 300 м, в лесной зоне.
С ледников берут начало реки заповедника — Ардон (самая большая), Садон, Баддон, Архондон, Цажиудон, Бугултыдон и другие.
Имеется также несколько моренных озёр — Цажиуцад и другие. Есть небольшое минеральное озеро с постоянно бурлящей водой у села Згил.
В заповеднике насчитывают более 150 лавиноопасных зон. Наиболее часто лавины сходят в Цейском и Касарском ущельях.
В урочище Шуби Скалистого хребта находится крупнейшая из пещер Центрального Кавказа — Шуби-Ныхасская, её общая длина более 1 000 м.
Из-за жёсткого климата животный мир в тундре очень своеобразен и отличается некоторыми особенностями от животных Крайнего Севера. Они не требовательны к корму. Звери имеют густой мех, а птицы – пушистое оперение. Животные меняют окраску: летом – светло-коричневые под тон растительного покрова, а зимой белые или светло-серые под цвет снега.
Типичными животными тундры являются песец, лемминг, северный олень, белая полярная куропатка, полярный волк и полярная сова.
Песец охотится на пеструшек и полярных куропаток. Он имеет очень ценный мех. Северный олень не боится морозов и метелей. Широкие копыта позволяют ему бегать, не проваливаясь, по снегу и разгребать снег в поисках корма.
Летом в тундре появляется бесчисленное множество комаров, мошек, овода. Их настолько много, что без накомарников нельзя работать в тундре, они кусают, лезут в глаза, нос, рот.
В это время сюда для гнездования прилетает множество птиц: гуси, лебеди, утки, кулики. Многие из них питаются насекомыми.