武陵山国家森林步道呈南北走向，南起贵州石阡县，经印江土家族苗族自治县、江口县，由松桃苗族自治县进入湖南，经凤凰县、吉首市、保靖县、古丈县、永顺县、张家界市永定区、武陵源区、桑植县、慈利县，由石门县进入湖北，经五峰县、鹤峰县、建始县、巴东县，北至重庆巫山县。

沿线有贵州石阡温泉群国家级风景名胜区、梵净山国家级自然保护区、湖南南华山国家森林公园、矮寨国家森林公园、保靖酉水国家湿地公园、张家界国家森林公园、壶瓶山国家级自然保护区、湖北五峰后河国家级自然保护区、木林子国家级自然保护区、重庆长江三峡国家级风景名胜区等多处自然保护地，有凤凰古城、芙蓉古镇、尧上仡佬族村寨、德夯苗寨等古城、古镇、古村寨，途经“川盐古道”等著名古道。

步道全线森林占比70%，穿越中亚热带森林，主要路段由土路、石板路等组成。