Sierra de la península Ibérica situada al este de Somosierra, en la provincia de Segovia, en España. Con la sierra de Pela y los Altos de Barahona constituye una zona de transición tectónica, también conocida como bloque Hespérico, que enlaza el sistema Central con el sistema Ibérico.
La sierra de Ayllón es la más oriental del sistema Central y está situada en el norte de la provincia de Guadalajara y al sur de las de Segovia y Soria. También conforma el límite entre el sistema Central y el sistema Ibérico, que se encuentra al este de la sierra de Ayllón. Presenta generalmente un terreno muy erosionado, sobre cuarcitas, gneises y pizarras, sin grandes cantiles.
Perteneciente a esta sierra del corazón de España, se alza el último pico de más de 2.000 metros de altura del sistema Central, el espinazo que divide las dos Castillas. Se trata del pico de la Buitrera, de 2.046 metros de altitud sobre el nivel del mar. Otros picos que superan los 2.000 m en la sierra de Ayllón son el Cerrón (2.199 m) o el Tres Provincias (2.127 m). De todas ellas, la mayor altura de la sierra es el pico del Lobo (2.273 m) que es, además, la mayor altura de la Comunidad de Castilla-La Mancha.
El Hayedo de Tejera Negra crece en los valles de esta región, y es uno de los bosques de hayas de estas características más meridionales de toda Europa. También cabe destacar los bosques de robles y de pinos silvestres. En general, se puede hablar en la sierra de Ayllón de una vejetación muy degradada, con predominio del matorral esclerófilo (jarales). Pese a ello, el paisaje que ofrece esta región es de gran belleza en su conjunto, y destacan las manchas mixtas de frondosas con Fagus sylvativa y Quercus pyrenaica, acompañadas de Acer sp., Ilex aquifolium, Corylus avellana y Sorbus sp., entre otras. También cabe tener presente las repoblaciones de pino silvestre.
Por lo que respecta a la fauna de la sierra de Ayllón, se pueden encontrar lobos, buitres y pequeños mamíferos.
La sierra del Ocejón constituye el más importante contrafuerte que une la sierra de Ayllón con la sierra del Alto Rey. Su aislada cima del Ocejón es una de las mejores atalayas de toda la zona. Desde ahí, se puede disfrutar de las amplias y espectaculares vistas de La Alcarria y de la sierra de Ayllón en toda su extensión.
Por lo que se refiere a la explotación de la región, se encuentran algunas plantaciones forestales en tierras agrarias y se han abierto nuevas pistas forestales. Destaca el aumento generalizado de la presión turística de fin de semana.
Los incendios forestales suelen presentarse con bastante regularidad y, junto con los problemas de regeneración de las masas de hayedo, suponen una importante amenaza para el ecosistema de la sierra de Ayllón.
El espacio natural Hayedo de Riofrío de Riaza forma parte del Plan de Espacios Naturales Protegidos de Castilla y León (Ley 8/1991 de Espacios Naturales de Castilla y León, aprobada por las Cortes de Castilla y León el 30 de abril de 1991).