Рельеф равнинно-широкоувалистый, повышающийся к востоку. Большая часть заказника "Верхне-Завитинский" лежит на третьей террасе Зейско-Буреинской равнины.
Климат района суровый. Среднегодовая температура воздуха до -1,7° C, средняя январская - до -29° C, июльская - до +21,2° C. Среднегодовое количество осадков до 550 мм, из них до 65% выпадает летом. Снежный покров устанавливается в ноябре, высота его - 17 - 18 см.
Гидрографическая сеть включает участки рек Секта и Горбыль. Русла рек в среднем и нижнем течении заболочены. Питание рек дождевое. Озера небольшие, старичного типа.
Почвы буроподзолистые глеевые и буро-таежные глеевые.
Заказник "Верхне-Завитинский" входит в зону смешанных лесов амурской провинции хвойно-широколиственных лесов. Лесной покров формируют сосново-дубовые, лиственнично-дубовые, дубовые леса с примесью сосны, березы, лиственницы и леса из плосколистной и даурской берез.
Значительные территории заняты лугами. Распространены вейниковые, вейниково-разнотравные, вейниково-осоковые луга, а также луга со значительным участием ерниковых берез и ив.
Животный мир слагают представители лесо-лугового комплекса, тесно связанные с открытыми луговыми пространствами и ландшафтами лесостепного типа, с присутствием типично таежных представителей, представителей степных видов и видов, обитающих в широколиственных лесах.