Cao nguyên đá Đồng Văn nằm ở vùng núi cực bắc của Việt Nam, có diện tích là 2356,8 km² và độ cao trung bình là khoảng 1.400 – 1.600 m. Cao nguyên có nhiều khu vực núi đá vôi nằm sát chí tuyến Bắc, có độ dốc khá lớn. Các thung lũng, sông, suối bị chia cắt rất nhiều. Toàn bộ khu vực Đồng Văn có đặc điểm nổi bật với những dải núi đá tai mèo sắc nhọn, những khe núi sâu và hẹp, những vách núi dựng đứng cao vút, các chóp núi như những kim tự tháp, các trũng sâu hun hút, hang động và các vườn đá tạo nên vẻ đẹp lạ thường, có giá trị to lớn không chỉ du lịch mà còn có giá trị rất to lớn về khoa học và giáo dục.

Đồng Văn có cảnh quan địa chất và kiến tạo địa chất điển hình cho sự hình thành của lớp vỏ trái đất ngày nay. Người ta đã tìm thấy hóa thạch cổ sinh của các loài sinh vật có niên đại cách ngày nay khoảng 541 – hơn 400 triệu năm. Quá trình khảo sát thực địa, các nhà khoa học đã phát hiện có khoảng 40 điểm di sản hoặc điểm có giá trị về mặt tài nguyên, có ý nghĩa quốc gia và quốc tế, bao gồm: 7 di sản về tiến hóa trái đất, 7 di sản về vườn đá, 6 điểm di sản về vách đá dốc đứng có độ cao từ 200 – 600m.

Điều kiện tự nhiên, khí hậu của Công viên địa chất Cao nguyên đá Đồng Văn đã tạo cho khu vực này có được sự đa dạng, phong phú về hệ thống các loài động, thực vật quý kiếm đặc biệt ở khu vực bảo tồn thiên nhiên Du Già, khu bảo tồn loài và sinh cảnh Voọc mũi hếch Khau Ca. Các nhà khoa học đã phát hiện ở Đồng Văn có rất nhiều loài gỗ và cây dược liệu quý hiếm của đất nước. Trong đó, có nhiều loài cực quý hiếm, đang đứng bên bờ vực tuyệt chủng.

Quá trình thăm dò của các nhà khoa học địa chất đã phát hiện trên khu vực Cao nguyên đá Đồng Văn có gần 100 hang động. Những hang động đã được thăm dò sẽ giúp cho việc lựa chọn các khu địa lý thích hợp phục vụ cho phát triển du lịch, đồng thời đem lại những tiềm năng to lớn cho việc giải quyết vấn đề nước ở khu vực này.