У рельєфі Подільської височини чітко виступає смуга Товтр - вузького горбистого пасма, ізольованих горбів, гребенів, які піднімаються над прилеглою територією на 60-100 м. Заліснена частина їх багата на медоносні рослини, звідси пішла назва місцевості - "Медобори". Це горбисте пасмо тягнеться з північного заходу на південний схід від с. Підкамінь Львівської області через Тернопільську і Хмельницьку області та Молдову до Румунії. У центральній частині Товтрової гряди та у західній частині Кременецького кряжу на території Тернопільської області постановою Ради Міністрів УРСР від 8 лютого 1990 р. № 25 був створений державний заповідник. Указом Президента України від 20 вересня 2000 року № 1095 його територію було розширено. Вона складається з двох частин, а саме: "Медобори" (9521,0 га, Гусятинський і Підволочиський р-ни) і "Кременецькі гори" (1000,0 га, Кременецький р-н).

Питання охорони Товтр порушувалося ще на початку ХХ ст. польськими науковцями. У 1910 році тут були утворені степові резервати гір Гостра та Ципель з метою охорони моховатково-коралових скель сарматського віку з подільськими степовими рослинами. Тоді ж було обґрунтовано створення лісового резервату Волиці (нині - Краснянське лісництво). У 1963 році на нинішній території заповідника було оголошено пам'ятку природи загальнодержавного значення - "Кременецькі гори" площею 1000,0 га, а у 1982 році - Медобірський геологічний заказник загальнодержавного значення площею 8071 га.

Заповідник створено з метою збереження у природному стані унікальних природних комплексів Подільських товтр і Кременецьких гір, генофонду рослинного і тваринного світу та використання їх у наукових цілях.

В установі працюють 129 чоловік, з них у науковому підрозділі - 6, у службі охорони - 47 осіб.

Товтри є унікальною пам'яткою природи та геологічного минулого, подібного їм немає у всій Європі. Вони формувалися 15-20 млн. років тому в прибережних водах теплого Галіційського (Сарматського) моря, що розміщувалося уздовж зовнішнього краю Карпат. Уздовж східного його берега тягнувся водоростевий бар'єрний риф 170 км завдовжки, складений з решток організмів з вапняковим скелетом: літотамнієвих водоростей, моховаток, молюсків, серпул. Вони і утворили пасмо, південно-західний схил якого крутий, а північно-східний - пологий.

Орографічно у Товтровому пасмі виділяється головне пасмо, утворене ланцюгом горбів, яке вирізняється найбільшими абсолютними висотами і масивною будовою, та бокові гряди і групи товтр, що обрамлюють його. Відносна висота пасма становить 50-60 м, над долиною р. Збруч - до 100 м. Гора Бохіт є найвищою вершиною заповідника (414 м). На вершинах пасма багато мальовничих скель, кам'яних полів, складених десятками різновидів вапняків з рештками різноманітних морських організмів. Потужні вапняки сприятливо впливають на розвиток різних форм карстового рельєфу - від дрібних каррових ямок і рівчаків до великих печер, лійок, колодязів, які поглинають воду. Тут знаходяться печери "Перлина", "Христина" та "Пуща Відлюдника".

Філіал заповідника "Кременецькі гори" розміщено у західній частині Кременецького кряжа. До його території увійшли гори Бона, Черча, Божа, Гостра, Страхова, Маслятин і ін. В основі кряжа залягає потужна товща білої крейди, перекрита шаром сарматських пісків, які переходять у вапняковий пісковик. Верхнім шаром морських відкладів є черепашково-піщані та черепашкові сильно зцементовані вапняки, які утворюють обривисті скелі, що вінчають вершини гір.

Клімат території заповідника характеризується м'якою зимою (середня температура січня -3°С) і помірно теплим літом (середня температура липня +18°С). Значна кількість опадів (620 мм на рік) створює сприятливі умови для росту середньоєвропейських лісових видів. У ґрунтовому покриві переважають сірі суглинкові ґрунти на лесах, лесовидних суглинках та делювії вапняків.

Значна частина території (більше 93%) заповідника вкрита дубово-грабовими, грабово-дубовими, дубово-грабово-ясеневими та дубово-буковими лісами. Є і чисті бучини незначної площі, східна межа поширення яких проходить саме в заповіднику. У підліску переважають бруслини європейська та бородавчаста, гордовина, ліщина звичайна, свидина.

Флора заповідника нараховує близько 1000 видів вищих судинних рослин із значною часткою рідкісних, ендемічних, реліктових і погранично-ареальних видів. До Червоної книги України занесено 44 види: ясенець білий, шиверекію подільську, цибулю ведмежу, астранцію велику, лунарію оживаючу, лілію лісову, крокус Гейфелів, 12 видів орхідних, серед яких зозулині черевички справжні та ін., до Європейського червоного списку - 6 видів рослин.

Незначними за площею, але унікальними, є ділянки степової, наскельно-степової та лучно-степової рослинності з рідкісними формаціями осоки низької, ковили волосистої та пірчастої. Тут, крім характерних степових видів, росте багато волино-подільських ендемічних та погранично-ареальних видів: шавлія зарослева і кременецька, шиверекія подільська, самосил гірський, змієголовник австрійський, аконіт кущистий і шерстистовусий, ясенець білий, ковили пірчаста та волосиста, вівсюнець Бессера, ломиніс цілолистий, півники угорські, цибуля подільська, молочай волинський, зіноваті біла, подільська та Блоцького, відкасник осотоподібний. Ендеміками виключно Кременецьких гір є гвоздика несправжньопізня, мінуарція побільшена, незабудка Людмили, юринея товстосім'янкова і вузьколокальний ендемік та реліктовий вид - береза Клокова, що росте на вершинах гір Страхова і Маслятин.

На території заповідника підтверджено зростання 160 видів мохоподібних, 188 - лишайників, 369 видів грибів. Місцева флора багата медоносними, лікарськими та вітамінними рослинами. Тут охороняються також багато регіонально рідкісних видів: авринія скельна, гадючник шестипелюстковий, перстач білий, півники злаколисті, півники угорські, холодок лікарський, цибуля гірська і ін. До Зеленої книги України віднесено 7 рослинних угруповань: 2 лісових і 5 степових угруповань.

Не менш цікавим і різноманітним є тваринний світ заповідника. Різновікові деревостани, висока залісненість схилів, перемежування їх із степовими ділянками, що поросли різнотрав'ям і островами ягідних кущів, створюють сприятливі умови для оселення тварин, які утворюють типову лісостепову групу.