陕西牛背梁国家级自然保护区位于陕西省柞水、宁陕和长安3县（区）交界处，地处秦岭山脉东段，横跨秦岭主脊南北坡，沿主脊呈东西狭长分布。保护区地理坐标为东经108°45′～109°03′，北纬33°47′～33°55′，总面积16418公顷，属野生动物类型自然保护区，其中核心区面积5725公顷，缓冲区面积4119公顷，实验区面积6574公顷。保护区始建于1980年，1988年经国务院批准晋升为国家级自然保护区。

牛背梁自然保护区属秦岭中山和亚高山山地。区内断裂发育，沟深谷狭，地形陡峻，花岗岩峰岭地貌比较典型，多形成“U”形宽谷和“V”形峡谷的套谷。区内海拔1100～2802米，垂直高差1700米，最高山峰为牛背梁（海拔2802米）。地势北缓南陡，北坡上部多呈平台阶地及缓坡，这与秦岭中西段“南缓北陡”形成明显对照，当属牛背梁保护区特殊地貌类型。保护区属暖温带半湿润季风气候，具有夏季温凉湿润，冬季寒冷干燥，垂直变化显著等气候特点。南坡受东南暖湿气流的影响，在相同海拔高度，南坡比北坡气温高3～5℃，年降水量多100～200mm。保护区北部属黄河水系，南部属长江水系。北坡主要河流有沣峪河和石砭峪河，均为沣河支流；南坡主要河流有旬河和乾佑河（为旬河一级支流）。

牛背梁自然保护区是羚牛秦岭亚种的模式产地，以羚牛及其栖息地为主要保护对象。保护区是“秦岭自然保护区群”的重要组成部分、秦岭中段生物多样性最为丰富的地区，据调查统计，保护区内脊椎动物有5纲24目75科218种，其中鱼纲2目3科7种，两栖纲2目7科7种，爬行纲1目6科20种，鸟纲13目36科124种，兽纲6目23科60种。国家一级重点保护野生动物有秦岭羚牛、豹、林麝、黑鹳等，国家二级重点保护野生动物有黑熊、毛冠鹿、红腹角雉等。保护区有种子植物105科433属950种（含种下等级）。国家一级重点保护野生植物有红豆杉，国家二级重点保护野生植物有连香树、大叶榉树、水曲柳等。