Заповедник расположен в Койво-Усьвинском физико-географическом районе Средне-Уральской физико-географической горной области Уральской физико-географической страны. По классификации Игошиной К.Н. (1952 г.) хребет относится к группе западных гор Среднего Урала. Эти горы имеют пологие склоны, так как в их сложении принимают участие сланцевые горные породы. Горные породы, слагающие основные морфоструктуры, имеют герцинскую складчатость, поскольку горная страна – Урал – относится к горным комплексам древнего герцинского возраста. В основном же территория заповедника «Басеги» сложена очень устойчивыми кембрийскими и силурийскими породами с выходами глыб кварцита на вершинах. По самому хребту Басеги не найдено полезных ископаемых, в частности металлических руд. Нет там и запасов поделочных камней, только изредка можно найти мелкую щётку или небольшую друзу горного хрусталя.
На высотах 700-800 м в заповеднике характерно наибольшее развитие террасирования вершин. Это результат морозно-солифлюкционного выветривания, приводящий к образованию каменных «рек» и каменных «морей». На склонах гор имеются многочисленные нагорные террасы, значительная часть которых поросла лесом. Нижние террасы - реликтовые, а верхние - новейшего происхождения. Этот тип рельефа играет важную роль в распределении растительных организмов.
Территория заповедника имеет хорошо выраженный горный рельеф. В территорию района исследования входит горный хребет Басеги и прилегающие к нему участки предгорий. Отдельные вершины достигают 800 – 900 м над уровнем моря. Среди форм рельефа характерны невысокие хребты, вытянутые в меридиональном направлении. Отдельные горные цепи, вытянутые с севера на юг, складываются из гряд, сопок, увалов с обнаженными вершинами, часто острыми, гребневидными. Склоны их круты и каменисты. Большие гряды, отдельные горы и осыпи разделяются ложбинами. Крутые каменистые склоны покрыты беспорядочными нагромождениями камней и каменистых глыб, диаметр их от 0.5 м до 1 м, а иногда и до 3.5 м. На вершинах каменистые выходы горных пород разрушены и имеют разнообразные причудливые формы (так называемые останцы). Ледник не достиг хребта Басеги и в связи с этим ведущую роль здесь играли процессы гольцовой денудации, которая раздробила горные хребты на множество изолированных седловинами сопок. В настоящее время экзогенным агентом рельефообразования на территории заповедника является текучая вода в сочетании со склоновыми процессами. В прошлом заповедник «Басеги», очевидно представляли сплошную гряду, в настоящее время здесь образовались отдельные горные вершины: Северный, Средний и Южный Басеги. Последний, в свою очередь, также состоит из трех камней: Третий, Второй и Первый Южные Камни. Северный Басег – до 952 м над уровнем моря; Средний Басег – 994 м над уровнем моря; Южный Басег (Второй Южный Камень) – 851 м над уровнем моря. Самая низкая точка в заповеднике находится в районе устья реки Коростелёвки – 314 м над уровнем моря.
С севера хребет Басеги продолжается заметной меридиональной цепью увалов и переходит в гору Ослянка. На юге продолжения хребта нет. С востока параллельно хребту расположены невысокие горные цепи, вытянутые с севера на юг. С запада простирается увалистая местность, заметно ниже самого хребта. В ясную погоду хребет просматривается со всех сторон за 40-50 км.
В целом, территория заповедника, как и весь западный макросколон Среднего Урала, сложенный преимущественно метаморфизированными сланцевыми породами, характеризуется сглаженным рельефом и плавным переходом к предгорьям.
Современная ландшафтная карта заповедника содержит разнообразие родов, групп и сочетание групп фаций трёх подклассов, или трёх основных ландшафтных поясов: горно-таёжного, подгольцового и горно-тундрового.
Государственный природный заповедник «Басеги» расположен на территории Гремячинского и Горнозаводского муниципальных районов Пермского края. Западная часть территории охватывает северо-восточную часть Гремячинского района и по хребту Басеги смыкается с восточной частью в северо-западном участке Горнозаводского района. Западная и северная границы заповедника проходят по дороге г.Гремячинск - п.Средняя Усьва, начинается в 40 км от г.Гремячинск; южная граница проходит по дороге г. Гремячинск - п. Вильва, от развилки п. Вильва-п. Нововольвенский. Ближайшие населенные пункты: п. Безгодово (Гремячинский район) – в 12 км от западной границы заповедника, п. Вильва (Горнозаводский район) – в 8 км от южной границы; п. Нововильвенский (Горнозаводский район) – в 14 км от юго-восточного угла заповедника. От г. Гремячинск Пермского края ближайшая точка заповедника (юго-западный угол) расположена в 43 км, от города Горнозаводска Пермского края области ближайшая точка (южная оконечность) расположена в 50 км. Географические координаты заповедника - 58˚50` северной широты и 58˚30` восточной долготы.