Заповедник расположен между притоками реки Енисей, в предгорье Восточных Саян. «Столбы» — это массивы горных пород, принявшие причудливую форму в результате природных процессов. История Столбов начинается в кайнозое, около 50 миллионов лет назад. Из-за мощных тектонических процессов в земной коре появились разломы, в толще мягких осадочных пород образовались пустоты, которые заполнила сиенитовая магма. Она так и не прорвалась на поверхность Земли, застыла в недрах.
Площадь заповедника составляет 47 219 га.Заповедник протянулся на 34 километра с северо-запада на юго-восток. Это типичный участок среднегорного таежного ландшафта. Высота колеблется от 200 м до 750 м над уровнем моря. Вдоль северной границы протекает Енисей, на северо-востоке и юге — его притоки: реки Базаиха и Мана. Заповедник расположен в области умеренного климатического пояса. Средняя температура наиболее холодного месяца, января, ?17,6 °С, самого жаркого, июля, +16,2 °С.