La ZNIEFF « Vallée du Tarn, du Château de la Caze aux Vignes » se trouve en grande partie dans le Parc National des Cévennes, au sud-ouest de la Lozère entre les Causses de Sauveterre et Méjean. Elle est constituée par une portion du Tarn entre Saint-Chély-du-Tarn en amont et les Vignes en aval. Elle occupe une superficie de 128 hectares et l'altitude varie entre 410 et 470 mètres.
La limite amont est située dans la boucle à 800 mètre en amont du Château de la Caze. A l'aval, la limite correspond au pont enjambant la rivière au village des Vignes. De part et d'autre du cours d'eau, le périmètre englobe les zones humides riveraines (ripisylves et prairies).