Общая площадь 6760 га. Занимает междуречье Камы и ее притока Тоймы; наибольшая длина с северо-востока на юго-запад 18 км, наибольшая ширина – 8 км. Территория – наклонное плато, обращенное к югу и юго-западу, резко обрывающееся к реке Кама и полого переходящее в долину реки Тойма.

Рельеф – эрозионно-денудационный, представлен крупными разветвленными балками – логами высокого правобережья Камы (Богатый лог, Малиновый лог, Большой Ерхов лог и другие); в южной части массива распространены материковые дюны и дюнные гряды. Поверхность сложена коренными верхнеказанскими отложениями и четвертичными супесями и песками.

В растительном покрове Большого бора преобладают сосновые леса, отличающиеся сложным строением, постоянным участием темнохвойных (ель, пихта) и широколиственных (дуб, липа) пород, сочетанием в травяно-кустарничковом ярусе представителей лесостепи (подмаренник северный, коротконожка перистая, клевер альпийский, фиалка опушенная, герань кроваво-красная) и тайги (брусника, черника, майник двулистный, линнея северная и другие).

Наиболее распространенными группами типов леса в Большом бору являются сосняки – сложные, кустарниково-мшистые и мшистые. В древостое сложных сосняков присутствуют липа (сосняки липовые) и дуб (сосняки дубовые). Сосна абсолютно доминирует в 1-м ярусе, образует высокопроизводительные насаждения. Во 2-м ярусе – ель, реже пихта; в хорошо развитом подлеске преобладают рябина, жимолость лесная, бересклет бородавчатый и подрост липы, дуба и ели.

Травяной покров состоит из смеси бореальных (брусника, черника, грушанки) и неморальных (сныть, копытень, медуница неясная) видов; местами – из вейника тростниковидного и папоротника-орляка. В надпочвенном покрове – дикранум волнистый, плеврозиум Шребера и другие мхи.

При благоприятных климатических условиях происходит естественная смена сосны елью, образуются сложные ельники. Сосняки кустарниково-мшистые приурочены к верхним террасам реки Кама с дерново-среднеподзолистыми почвами, по строению близки к борам-зеленомошникам тайги, но с более густым подлеском из рябины, бересклета, ракитника. 1-й ярус сложен сосной; во 2-м ярусе до 30% древостоя составляет ель, иногда в сочетании с дубом и липой.

Травостой хорошо развит и состоит из брусники, черники, костяники, земляники и других трав и кустарничков, характерных для мшистых сосняков. На сплошных вырубках возобновляются производные насаждения с преобладанием липы, березы и осины.

Сосняки мшистые распространены в юго-восточных и южных кварталах с дерново-сильноподзолистыми песчаными почвами, развитыми на низких террасах реки Кама. По составу это типичные боры-зеленомошники, сосна с небольшой примесью березы доминирует в 1-м ярусе. Ель угнетена из-за сухости субстрата, редко встречается во 2-м ярусе. Подлесок и травяной покров развиты слабо; в хорошо развитом моховом покрове преобладают относительно световыносливые виды – плеврозиум Шребера, дикранум волнистый, политрихум можжевеловый (кукушкин лен).

При сплошных рубках мшистые сосняки сменяются березняками вейниковыми. Общая особенность растительного покрова Большого бора – широкое распространение вторичных березовых сообществ и осинников как результат хозяйственной деятельности и пожаров.

В 1972 году в составе Большого бора был выделен памятник природы общей площадью 1200 га с одноименным названием, расположенный вдоль реки Кама.

Склоново-логовые биогеоценозы памятника представлены преимущественно темнохвойно-широколиственными лесами, в составе которых ведущая роль принадлежит липе и пихте сибирской. Преобладают сообщества типа «липняк осоково-снытевый» с пихтой и единичной елью; липа вместе с вязом и ильмом формирует хорошо выраженный 2-й ярус (несколько пологов высотой 15-25 м). В 1-м ярусе – пихта и ель, которые в возрасте 70-80 лет достигают высоты 30-35 м. В подлеске – обычные кустарники смешанного леса вместе с подростом пихты и лиственных пород. Хорошо развит травяной ярус из осоки волосистой и других неморальных видов и лесного крупнотравья (борец высокий и цицербита уральская – редкий вид флоры Татарстана).

Обнажения полосатых и разноцветных мергелей на общем фоне хвойного и смешанного леса придают исключительную красоту пейзажу. Участок горного правобережья Камы известен как «Камские Жигули».

Одно из урочищ – «Богатый лог» – запечатлено на картинах И.И.Шишкина («Сосновый бор», «Мачтовый лес в Вятской губернии»).