La riserva si estende nella parte occidentale del Golfo di Castellammare, nella penisola di San Vito Lo Capo che si affaccia sul Tirreno tra Castellammare del Golfo e Trapani.

Il territorio ricade in parte nel comune di San Vito Lo Capo e in parte nel comune di Castellammare; si estende lungo 7 km di costa e quasi 1.700 ettari di natura incontaminata.

La costa è formata da calcareniti quaternarie e da rilievi calcarei del Mesozoico di natura dolomitica, con falesie che da un’altezza massima di 913 m (Monte Speziale) degradano ripidamente verso il mare, intercalate da numerose calette.

La riserva ospita circa 670 taxa infragenerici vegetali, alcuni dei quali endemici e rari. Di questi 502 sono dicotiledoni, 153 monocotiledoni 3 gimnosperme e 10 pteridofite. Di notevole interesse la flora lichenica che annovera per la riserva 130 specie mentre per i muschi sono note 35 specie. Sono stati rilevati nel territorio della riserva anche 27 specie di funghi (macromiceti) di cui la famiglia più rappresentativa è quella delle Tricholomataceae. Le specie fanerogamiche endemiche costituiscono il 6,3% rispetto al totale delle specie della riserva e l’1,6% rispetto alla flora della Sicilia.

Sono rappresentati differenti ecosistemi mediterranei, parzialmente modificati da residui di attività agricole.

Il paesaggio originario era costituito in massima parte da foresta mediterranea sempreverde (foresta xerofila) le cui tracce sono tuttora rappresentate da zone di lecceta, dove trovano ospitalità piccole felci, ciclamini, cespugli di pungitopo (Ilex aquifolium) e, al limite ovest della riserva, anche da frammenti di sughereta, testimonianza di quella formazione forestale a sughera oramai quasi del tutto scomparsa nel resto della Sicilia occidentale.

L’aspetto attualmente più peculiare della riserva è tuttavia la gariga a palma nana, che caratterizza ampie zone del paesaggio costiero e che in contrada Zingaro, dove si trovano esemplari di Chamaerops humilis che raggiungono i 2–3 m di altezza, assume rilevanza di macchia.

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