西拉木伦大峡谷，地质学家称为西拉木伦深断裂，此断裂位于大兴安岭山脉南缘，沿西拉木伦河呈近东西向延伸，长340公里，宽50公里，是该地区最重要的深断裂之一。峡谷景区长60余公里。谷内一条河流谓之西拉木伦河，源于克旗境内好来呼热乡的源水头。河水沿大峡谷奔腾而下，同时汇聚境内沿途大小河流50余条，水势递增，水流湍急，几公里落差百余米，形成极有利用价值的水能资源。

西拉木伦河的源头属浑善达克沙地，这里的沙丘如垄似链，丘顶浑圆的沙地突然下陷，呈簸箕样的三面环山的盆地，盆地中百泉争涌，如沸腾的开水，自“锅底”冒出，涌泉或喷水柱，时续时歇；或斜喷横溢，漩涡涟涟；白浪逐天汇成水泊顺峡谷东流而下。

西拉木伦峡谷园区最大特征是远古的地质遗迹与现代文明的有机结合，造就了这里的人文景观和自然景观的和谐统一，使园区增添了新的生机。西拉沐沦河是一条重要的地貌分界线，它北接大兴安岭山脉，南临燕山山脉，西抵浑善达克沙地。西拉沐沦河是草原和沙地的分界线，沿线森林、草原、湿地、沙地等各种景观类型丰富，同时西拉沐沦河也是一条重要的地质分界线；以南属于华北地台，经北属于兴蒙古生代地槽。