牛头山自然保护区位于武义县西南山区，离县城60公里，海拔500至1560米，最高峰牛头山1560米，是金华市最高峰。保护区范围：东至金鸡山背、牛角尖；南至宣平溪水库大坝、地地岗；西至遂昌、武义县界；北至东坑、田铺，面积约30平方公里。

牛头山自然保护区群峰高耸，层峦又叠峰，巍峨壮观。山林全由茂密的树木覆盖，森林植被良好，其灌木阔叶林是浙中地区植物群典型，是武义仅有的没有开发破坏的原始森林。保护区内溪涧纵模，潺潺流水清澈明净，数溪交汇成瓯江水系源头。库容量2900万立方米的宣平溪水库犹如璀灿明珠镶嵌在牛头山自然保护区，壮观秀丽的湖光山色令人赏心悦目。多雨低温浓雾的气像条件，使牛头山自然保护区气候湿润清新，凉爽宜人，是避暑、疗养的胜地。

保护区内的动植物资源十分丰富，现有国家珍惜动物数十种，植物123科674种。其中有国家一级保护动物金钱豹、黑鹿；二级保护动物弥猴、小灵猫、赤鹿、穿山甲、天鹅、秋沙鸭、鸳鸯、娃娃鱼等。国家二级保护珍稀树种鹅掌秋、黄山木兰、凹叶厚朴、黄山红豆杉、夏蜡梅、银杏等10余种，三级保护珍稀树种6种。还有110多种野生珍贵植物药材。

牛头山地区人口稀少，无工业污染，是金华市的天然动植物园和绿色宝库。