La Riserva racchiude nella sua metà meridionale il tratto del fiume Merse compreso tra le due anse che il corso d’acqua forma a nord-est di Monticiano e presso Brenna; la restante superficie protegge invece gran parte del bacino del torrente Ricausa, affluente di sinistra del Merse. Il confine settentrionale è segnato dal torrente Rosia, che qui scorre in una stretta gola, e l’estremità meridionale comprende l’ultimo tratto del torrente La Gonna. Sia il fiume Merse che i suoi affluenti conservano rare emergenze faunistiche e una ricca vegetazione ripariale, con numerose specie minacciate in tutta Europa a causa della degradazione degli ambienti fluviali.

La zona, a pochi chilometri da Siena, è estremamente suggestiva per la continuità e l’estensione dei boschi, interrotti solo dagli antichi borghi di Brenna, Orgia, Torri, Stigliano, Spannocchia, Pentolina, e dalle fortificazioni medievali di Montarrenti, Frosini e Castiglion Balzetti (oggi ribattezzato "Castiglion che Dio sol sa"), che suggeriscono l’importanza strategica avuta in passato da questa parte del territorio senese. Da qui passava infatti l’antica strada Massetana che univa Siena a Massa Marittima e, tramite una deviazione nei pressi dell’Abbazia di San Galgano, alla Maremma.

Il Museo del Bosco di Orgia, anche tramite una serie di sentieri che interessano la Riserva, ricostruisce le attività che ruotavano intorno al bosco, fino a pochi decenni fa parte essenziale dell’economia delle popolazioni di questa zona. Le poche aree pianeggianti offerte dalle piane alluvionali del Merse offrivano infatti scarse possibilità di coltivazione agricola, poiché molte di esse formavano il "Padule di Orgia", bonificato completamente solo in tempi recenti. Il bosco, oltre ad offrire legname, era utilizzato per il pascolo e per la coltivazione del castagno, con i cui frutti veniva fatta una farina, importante fonte di amido.

La possibilità di sfruttare l’energia del fiume fece inoltre nascere numerosi mulini da grano, fra i cui proprietari c’erano l’Abbazia di S. Mustiola a Torri, l’Abbazia di S. Galgano, il Comune di Siena e alcune ricche famiglie senesi.