Le massif du Bois de Boine s'étend en Calestienne, entre les villages de Han-sur-Lesse (au nord) et de Belvaux (au sud), et est longé à l'ouest par la route reliant ces deux localités. La moitié orientale est clôturée et appartient au Domaine des Grottes de Han, dont l'exploitation touristique (grottes et parc animalier) remonte au début des années 1970.
Cette colline est constituée essentiellement de calcaire givetien, avec quelques affleurements de schistes calcarifères du Frasnien. Elle fait partie de l'anticlinal de Wavreille. Le sous-sol est le siège de nombreux phénomènes karstiques dont les célèbres Grottes de Han, avec notamment la Grotte du Père Noël, et le Gouffre de Belvaux (voir notamment QUINIF & BLOCKMANS, 2016, pour plus de détails). Deux dolines sont présentes dans le massif de Boine; l'une se trouve au pied d'une impressionnante falaise calcaire percée d'un abri sous roche connu sous le nom de Trou Sinsin. Le flanc sud, au lieu-dit Taille Madame, présente également plusieurs affleurements rocheux importants inclus dans l'enclos du parc animalier.
Le site est traversé, dans sa partie orientale, par la Lesse souterraine laquelle pénètre dans le massif au Gouffre de Belvaux, au sud-est, pour en ressortir à son flanc nord, là où sont installées les infrastructures d'accueil du Domaine des Grottes de Han, après un parcours de près d'un kilomètre.
L'altitude du site varie de 160 m au pied du versant nord, à hauteur de la Lesse, à 285 m au sommet de la colline. Le relief est globalement assez accusé avec des pentes allant de 35 à 45%, voire davantage.
Du point de vue phytogéographique, le site appartient au district mosan.