黄河与汾河的分水岭。位于山西省西部，呈东北—西南走向，大致与太行山相平行。吕梁山脉北起管涔山，南止龙门山，延伸约400公里。主峰关帝山海拔2831米。地质构造上为吕梁背斜，处于山西地台的西部，中间为紫荆山大断层所分隔。燕山运动以来，吕梁背斜向北延伸，分为两支：一支向正北往五寨、神池一带延伸，为管涔山、芦芽山；另一支向东北，往原平延伸，为云中山，与五台断块有相接之势。西翼有和缓的小向斜，地形平坦，未经强烈切割，其上黄土堆积甚厚，水土流失严重，使黄河含沙量剧增。芦芽山与云中山之间为静乐盆地，海拔约1500米，构造上亦为向斜，基岩是中生代砂岩、页岩，上覆深厚的自第三纪晚期以来的沉积物。东翼则以断层俯视由汾河地堑所构成的忻州、太原、临汾等盆地，相对高差颇大，每有断崖峻拔耸立，与西翼的情况迥异。吕梁山脉的高度由北往南渐减，大致在汾阳—离石以北，各山轴部均为前震旦纪变质岩系所组成，翼部出露寒武、奥陶系石灰岩，高峰海拔多在2500米以上；汾阳—离石以南，山岭轴部为寒武、奥陶系石灰岩，两翼为石炭、二叠系砂岩、页岩，高峰海拔仅2000米左右。山地下部均有黄土分布，分布上限1400～1800米。吕梁山地植被除较高陡的山地外，森林已为灌丛草地所代替。其南北各段，纬度与高度不同，气候与植被也有显著差别。芦芽山代表北段，主要是寒温带针叶林（见芦芽山自然保护区）；关帝山代表中段，主要是温带针阔叶混交林；五鹿山代表南段，主要是暖温带阔叶林。