Menšia južná časť pohoria je súčasťou pásma veporika, kým rozsiahlejšia severná časť súčasťou pásma jadrových pohorí. Na západe sem okrajovo zasahujú neovulkanity (Kordícka brázda). Z hľadiska geologickej stavby je pás na južnom okraji, ako aj severovýchodný výbežok pohoria, tvorený prevažne vápencami a slieňovcami z obdobia kriedy. Východná časť pohoria je formovaná vápencami a dolomitmi z obdobia triasu a jury, podobne je formovaná aj najzápadnejšia časť (na západ od Banskej Bystrice). Územie severne od Banskej Bystrice je tvorené bridlicami a pieskovcami z obdobia prvohôr.
Klíma
Z klimatického hľadiska patria južné svahy, najzápadnejšia časť a tiež údolia potokov Bystrica a Starohorský potok do mierne teplej, vlhkej oblasti. Severné svahy, ako aj časť pohoria na severozápad od banskej Bystrice, sú radené do mierne chladnej oblasti.
V Starohorských vrchoch vyviera niekoľko minerálnych prameňov, najznámejšie sú Moštenická Kyslá a Hiadeľská Kyslá. V pohorí je tiež pomenovaných viacero iných prameňov: Jegorovov prameň, Laskomer, Podkalište, Malé Cenovo, Veľké Cenovo.
Prírodné zdroje sú na väčšine územia dobre zachované. Najviac narušené sú oblasti v okolí strediska cestovného ruchu Donovaly na severnom okraji pohoria a zásahy do pôvodného prostredia sú badateľné v priestore medzi obcami Staré Hory a Špania Dolina (opustené banské štôlne, šachty, tunely a haldy). Územie Starohorských vrchov je prevažne zalesnené, prevládajúcou drevinou je smrek, kým v povodí Bystrice je to najmä buk lesný. Okolie Banskej Bystrice je značne odlesnené.
Jaskyne
V pohorí bolo objavených niekoľko menších jaskýň: dve ležia na západných svahoch vrchu Hrádok (839 m n. m.) severne od Sásovej (Netopieria jaskyňa, druhá nepomenovaná). V spodnej časti Môcovskej doliny je Môcovská jaskyňa, dlhá 300 m, vo vyšších častiach strednej časti doliny je Bludičkyna jaskyňa, Jaskyňa pod tisom, Jaskyňa vretenica a Jaskyňa Pukwitz.
Ochrana prírody
Malá severovýchodná časť pohoria je súčasťou NAPANT-u. Celá východná časť pohoria (po líniu údolí potokov Bystrica a Starohorský potok) je súčasťou Ochranného pásma NAPANT-u, kým malé územie severne od Banskej Bystrice (medzi Bystricou a Starohorským potokom) prináleží do Ochranného pásma Národného parku Veľká Fatra. Na území Starohorských vrchov ležia tieto maloplošné chránené územia:
Na území Starohorských vrchov bola ešte v období stredoveku vykonávaná intenzívna banská činnosť, čo je dodnes zreteľné najmä v okolí obcí Špania Dolina a Staré Hory. V období 2. svetovej vojny tu prebiehali intenzívne boje medzi fašistami a partizánmi, čoho obrazom sú viaceré objekty, najmä pamätníky.
K najvýznamnejším kultúrnym pozoruhodnostiam patrí stará banícka obec Špania Dolina, ktorá bola vyhlásená za pamiatkovú rezerváciu ľudovej architektúry, k významným objektom patrí gotický kostol, banská klopačka a bývalý banský tunel medzi obcou a osadou Piesky. Pozoruhodné je aj okolie obce Staré Hory, ktorej východná časť zasahuje do geomorfologického celku, z objektov sú to miestny kostol, pozostatky banskej činnosti v osadách Richtárová a Piesky, ako aj partizánsky bunker Mor ho! V minulosti tu existovala banská železnica, ktorej pozostatky sa čiastočne zachovali medzi Uľankou a osadou Piesky, ako aj medzi osadou Richtárová a lokalitou Katrenka. Ďalšou kultúrno-historicky pozoruhodnou obcou sú Baláže, v obci stojí Pamätná izba SNP a severovýchodne od obce leží osada Kalište, v minulosti samostatná obec vypálená za 2. svetovej vojny fašistickými vojskami. V súčasnosti je národnou kultúrnou pamiatkou. V obci Tajov stojí Pamätný dom J. G. Tajovského s expozíciou venovanou jeho životu a literárnej tvorbe. Niekoľkou zaujímavých objektov stojí aj na území obce Donovaly, v osadách Bully, Polianka a Mistríky.
Pri osade Piesky a nad obcou Baláže (kóta 848,1 m) boli odkryté menšie archeologické náleziská.
Cestovný ruch
Najvýznamnejším strediskom cestovného ruchu sú bezpochyby Donovaly, avšak len menšia južná časť zasahuje do Starohorských vrchov. V tejto časti leží autokemping pri osade Mistríky, lyžiarske vleky na severných svahoch Baníka (1 056 m n. m.) a viacero rekreačných objektov v osadách Bully a Polianka. Taktiež tu stojí hotel Zvolen a chata Encián. K menším strediskám cestovného ruchu patria Šachtičky (horský hotel a päť lyžiarskych vlekov na Panskom diele), Čachovo nad obcou Selce (chaty, lyžiarsky vlek), rekreačné stredisko nad obcou Podkonice (chata na Plešiach, lyžiarsky vlek na Vysokú), malé rekreačné stredisko Moštenická Kyslá, dve rekreačné strediská v katastrálnom území obce Tajov (pri ceste na Kordíky je tu autokemping, kúpalisko, lyžiarsky vlek a chaty, kým vyššie na východných svahoch vrchu Vyhnatová sa nachádza Chata nad Tajovom, horský hotel Lesák a lyžiarsky vlek). Ďalším strediskom sú Králiky s lyžiarskym areálom (lyžiarsky bežecký areál, lyžiarsky vlek, Chata nad Králikmi a chata Horec). Lyžiarsky vlek je aj v obci Kordíky.
