Khu dự trữ sinh quyển được bao bọc bởi phía Tây là dãy Sierra Mixteca và về phía đông là ba dãy núi: Sierra Zongolica ở phía bắc, Mazatec Sierra ở giữa và Sierra de Juarez ở phía nam. Dãy núi nổi bật nhất là Sierra Zongolica và Sierra Mazatec, được đặc trưng bởi địa hình vùng núi đá vôi, bị chia cắt bởi những hẻm núi sâu.[1]

Một trong những đặc điểm sinh thái đặc biệt nhất từ ​​thung lũng Tehuacán-Cuicatlán là rừng cây xương rồng Ceroid cactus, một trong những loài xương rồng cao nhất trên thế giới. Tehuacán-Cuicatlán có 47 trong tổng số 77 loài xương rồng tìm thấy ở Mexico. Các loài này là thành phần chiếm ưu thế trong tổng số 9 quần xã thực vật đặc hữu của Tehuacán-Cuicatlán. Khu vực này cũng có cây bụi, rừng rụng lá nhiệt đới, rừng thông, rừng thông - sồi và rừng mây.[1]

Trong số các động vật có xương sống, khu dự trữ sinh quyển có 18 loài cá và 27 loài lưỡng cư, đây là khu vực đa dạng cao so với các sa mạc ở Bắc Mỹ và Úc. Nó còn có 85 loài bò sát, trong đó có 20 loài đặc hữu và 338 loài chim, trong đó có 16 loài đặc hữu.[1]

Do có các loài đặc hữu, các loài có nguy cơ tuyệt chủng và các loài thực vật hiếm nên khu vực này là điểm nóng đa dạng sinh học của IUCN.[1]