Khu bảo tồn thiên nhiên Xuân Liên nằm ở phía tây tỉnh Thanh Hoá, sát với biên giới Việt-Lào. Vùng này giới hạn bởi sông Khao ở phía bắc, ranh giới với tỉnh Nghệ An ở phía tây và nam (Lê Trọng Trải et al. 1999). Khu bảo tồn thiên nhiên nằm trên một dãy núi chạy từ Sầm Nưa của Lào đến các huyện Thường Xuân và Như Xuân của tỉnh Thanh Hoá. Địa hình của khu vực này đặc trưng bởi các dãy núi từ 800 – 1.600m và bị chia cắt bởi những thung lũng sâu và hẹp, các sườn dốc từ tây sang đông. Địa hình phía đông đặc trưng là vùng chân núi có độ dốc vừa phải, nhiều trong số hàng loạt các sông suối trong vùng này chảy tương đối phẳng lặng mang phù sa cho các nhánh của nó. Phía Nam giáp tỉnh Nghệ An giới hạn bởi ngọn Bù Ta Leo; Phía Tây giáp tỉnh Nghệ An và Phần còn lại của xã Bát Mọt.
Theo kết quả điều tra, hiện nay KBT thiên nhiên Xuân Liên có 1.142 loài thực vật bậc cao, trong đó 38 loài có tên trong Sách Đỏ Việt Nam (2007) và Danh lục Đỏ IUCN (2012); hệ động vật có 1.631 loài, với 64 loài đặc hữu quý hiếm có tên trong Sách Đỏ Việt Nam và thế giới, trong đó khu hệ thú có 80 loài, với 27 loài thuộc danh lục quý hiếm đang đứng trước nguy cơ bị đe dọa cao cần bảo vệ nghiêm ngặt như gấu chó, gấu ngựa, bò tót, mang, sơn dương và các loài thú trong bộ linh trưởng như vượn đen má trắng, voọc xám, các loài khỉ… Đặc biệt, KBT còn là nơi phân bố số lượng quần thể lớn nhất Việt Nam với loài vượn đen má trắng gồm 129 cá thể; trên 200 cá thể voọc xám, xác định cho khoa học sự tồn tại của loài “Mang Roosevelt” hay còn gọi là “Mang Lào” được coi đã bị tuyệt chủng gần 100 năm nay. Bên cạnh đó, KBT còn phân bố đa dạng các loài thủy sinh, đã xác định được 69 loài cá thuộc 17 họ, 6 bộ…
Hệ sinh thái bị tổn thương do cháy rừng; sau đó là quá trình khai thác quá mức tự phục hồi của thực vật rừng dẫn đến mất nơi cư trú của nhiều loài động vật. Hiện nay, nguyên nhân chủ yếu là tình trạng khai thác trái phép tài nguyên rừng.
Nguyên nhân mất nơi cư trú và khai thác quá mức số lượng sinh vật có liên quan mật thiết với nhau. Khai thác quá mức số lượng sinh vật, đặc biệt là nhiều loài thực vật cùng lúc là nguyên nhân dẫn đến nơi cư trú của các loài động vật bị phá hủy. Khi nơi cư trú bị mất, khả năng hồi phục số lượng cá thể trong quần thể đang bị khai thác càng khó hơn, cần thời gian dài hơn. Đó là tác động kép dẫn đến tuyệt chủng của các loài nhanh hơn. Đối với các loài thủy sinh vật, việc khai thác quá mức thường tập trung vào các loài có giá trị như Cá mòi cờ, Cá rầm xanh, Cá măng, Cá niết. Bên cạnh đó, việc sử dụng kích điện, mìn hay lướt vét mắt nhỏ đã làm suy kiệt nguồn giống và suy thoái ĐDSH trong lưu vực.
Trong nhiều nguyên nhân gây tổn thất ĐDSH, các loài sinh vật ngoại lai xâm hại được coi là một trong những mối đe dọa nguy hiểm. Tác động của các loài ngoại lai xâm hại này đã cạnh tranh với các loài bản địa về thức ăn, nơi sống, phá hủy hoặc làm thoái hóa môi trường sống.
Nguyên nhân tự nhiên gây suy giảm sinh học bao gồm: biến đổi khí hậu, động đất, gió bão, lũ lụt… Trong các nguyên nhân tự nhiên, gió bão, lũ lụt là nguyên nhân chủ yếu gây ra các thiệt hại.
CCD đã và đang bảo tồn các loài nguy cấp, phục hồi và phát triển rừng tại khu vực cảnh quan bảo tồn Xuân Liên – Pù Hoạt, cụ thể: bảo tồn Vượn đen má trắng (Northern white-cheeked gibbon), các loài rùa, cầy, trồng rừng,… Bên cạnh đó, CCD tập huấn cho cán bộ của hai Khu bảo tồn Xuân Liên và Pù Hoạt công cụ SMART – một công cụ số nhằm phục vụ công tác quản lý, tuần tra, giám sát loài và thống kê, báo cáo hiệu quả. CCD còn phối hợp với cán bộ kỹ thuật, kiểm lâm và người dân thực hiện các dự án điều tra, bảo tồn và phát triển các loài động, thực vật nguy cấp.