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.
