D’una superfície de 41.342 ha, comprèn la serra de Cadí, la del Moixeró, el massís del Pedraforca i part dels de Tosa d’Alp i el Puigllançada. La distribució de la vegetació i de la fauna és condicionada per les diferències de temperatura i de paisatge entre els dos vessants del sistema muntanyós. El vessant septentrional, molt abrupte, és dominat per pinedes de pi negre (sobretot de 1.700 a 2.000 m) i de pi roig (de 1.000 a 1.700 m); hi destaquen els grans tarters —amb la umbel·lífera endèmica Xatardia scabra—, les clapes d’avetosa i els herbassars megafòrbics. El vessant meridional no és tan tallat i el seu sector oriental rep la influència marina mediterrània, fet que afavoreix l’aparició de boscs caducifolis i de fagedes.
Al massís del Pedraforca, hi destaquen una vegetació pròpia als tarters i les magnífiques pinedes de pi roig amb avet i faig (bosc de la baga de Gresolet). La flora és molt variada amb un gran nombre d’espècies de molses, herbes i flors, com la pulsatil·la blanca, el pa de cucut i diverses píroles. La fauna té un gran interès; els prats alpins són l’hàbitat del pardal d’ala blanca (o ocell de glaç); als boscs septentrionals hi viuen el picot negre i diversos mamífers petits com el talpó roig o la mussaranya, i a les pinedes habita el gall salvatge; des que és protegit, ja no es fa rar de veure-hi algun estol d’isards.
Es tracta d’un espai d’interès geològic, especialment rellevant dins la història i evolució geològica de la serralada pirinenca. Les estructures tectòniques dels materials que hi afloren, principalment mesozoics i terciaris, constitueixen un registre de la tectònica alpina als Pirineus, amb nombrosos exemples d’estructures de plegament i encavalcament, entre les quals destaca el mantell de corriment del Pedraforca. La serra de Cadí representa una de les unitats estructurals més extenses i importants del Pirineu català. A més de la tectònica, també cal destacar la importància d’aquest espai en els vessants estratigràfic (en especial els terrenys triàsics que formen la unitat del Cadí) i geomorfològic.