本村は、夏期は沿岸部に比べてしのぎやすく、冬期は寒さが厳しい。ただし、フェーン現象により、最高気温の極地は高い値を示す。

　宮崎県は、日本有数の多雨地域であるが、村の年降水量も、大河内で3,455ミリと多く、県内第2位の値となっている。特に6月から8月にかけては、梅雨前線と台風の影響で降水量が多く、上椎葉で平均450ミリ以上、大河内で平均600ミリ以上の降水がある。

　また、本村は山間部なため、沿岸部に比べると日照時間が短い。

　

　

　

　村の面積の96％は山林で、1,000mを越える山が62峰、内1,500mを越える山が18峰あり、九州中央山地の主要部を形成している。

　村の西側の熊本県境には、国見岳（1,739m、県内第2位）を最高峰とする、1,500mから1,700m級の山々が連なっている。南部は市房山（1,721m、県内第3位）などの山々が米良山地へと続き、北部には、霧立越の向坂山（1,684m）、白岩山（1,646m）、扇山（1,661m）などが南北に連なっている。

　村内で最も標高の高い国見岳山頂（1,739m）と、最も低い耳川沿岸の佐土の谷（236m）との高低差は約1,500mあり、上椎葉地区にある村役場（380m）とも1,300m以上の高低差がある。

　

　

　本村は、太平洋に注ぐ3つの河川の源流地帯で、村の中央を耳川が東西に流れ、南部には一ツ瀬川、南東部には小丸川が流れている。

　山地が北東〜南西方向に走行しているのに対し、河川はこれとは逆の南東方向に向かっており、山地を分断・浸食したため、険しいV字渓谷を形成している。

　これらの河川により供給される豊富な水を利用して、上椎葉ダム、岩屋戸ダムなどの水力発電所が設けられ、日向椎葉湖などのダム湖を形成している。

　

　村の西北部の椎矢峠、西部の御池、南東部の大河内一帯には、落葉広葉樹の原生林が広がっており、その一部は、九州大学の演習林としても利用されている。

　村の山林の約75％、約40,000haは民有林であり、その約6割は人工林で、多くはスギやヒノキなどの針葉樹となっている。一方、民有林の4割近くが天然林で、その多くはクヌギを中心とした広葉樹となっている。

　村内には巨木がいくつかみられ、八村スギ、大久保のヒノキは国の天然記念物に、松尾大イチョウは県の天然記念物に、それぞれ指定されている。

　村の北部の扇山や白岩山などには、山地独特の植物相を形成している。椎矢峠や御池の原生林、国見岳、白岩山、扇山、日向椎葉湖を含む地域、及び、南部の市房山、石堂山を含む地域は、九州中央山地国定公園に指定されている。

　

　

　

　村内の森には、キュウシュウノウサギ、ニホンリス、キュウシュウムササビ、ヤマネなど、人々に親しまれる動物がみられるほか、ニホンカモシカやニホンイノシシなど、比較的大型な動物も生息している。

　ニホンカモシカは、国見岳、市房山周辺に多く生息している。萱原山（大河内地区）でもカモシカの生息が確認されている。

　村内の渓流や湖には淡水魚が生息しており、渓流には地元では「エノハ」と呼ばれるヤマメや、サクラマスなどが、日向椎葉湖にはコイやヘラブナなどがみられる。