Il Parco Nazionale si estende dalle vette innevate del Gennargentu, la "Ianua Argenti" latina (porta d'argento o porta del vento secondo alcuni), alle acque limpide e trasparenti del Golfo di Orosei (Sardegna orientale - a sud di Nuoro). Il Gennargentu è il massiccio montuoso che comprende le cime più alte della Sardegna: il Bruncu Spina (1.829 m), la Punta Paulinu (1.792 m) e la Punta Marmora (1.834 m), da cui si possono osservare tutte le coste della Regione. Da esso hanno origine i principali fiumi della Sardegna orientale: il Cedrino a nord e il Flumendosa a sud. I declivi presentano aspetti diversi: zone aride e valli ricche d'acqua, pendii dolci e boscosi che si frappongono a versanti ventosi e assolati.
Tra di essi ricordiamo il Supramonte, uno dei luoghi più belli e ricchi di vegetazione; la sorgente di Su Gologone; le gole del Su Gorropu; le grotte come quelle di Su Palu, della Codula di Luna e di Su Sterru e Golgo, sopra Baunei. Il Golfo di Orosei, da Cala Gonone a Santa Maria Navarrese, annovera i tratti di costa più belli di tutto il Mediterraneo, con spiagge uniche come quella di Cala di Luna, Cala Sisinne e Cala Fuili, nonchè grotte meravigliose come quella del Bue Marino. La geologia dell'area è anch'essa molto differenziata: nel settore nord-occidentale ed orientale affiorano i graniti; nella Barbagia le formazioni rocciose prevalenti sono invece costituite da calcari e dolomie; nel Gennargentu prevalgono le rocce metamorfiche, con gneiss e filladi quarzifere.

La Flora
Data l'estensione del territorio e la varietà degli ambienti del Parco, la vegetazione si presenta ricca di specie e numerosa. Sopra i 1200 m si estendono vasti campi, dove sopravvivono specie resistenti al freddo e specie che, con le loro spine, si "difendono" dal pascolo degli animali. Numerose sono le graminacee e alcune specie endemiche, come l'avena sarda, che si trovano nell'area. Ancora più in alto troviamo dei prati a timo nella varietà endemica erba-baronia, un arbusto nano che allunga i suoi rami striscianti sotto i pulvini spinosi di astragalo e ginestra. Intorno ai 1000 m di altitudine si estendono i querceti caducifoglie con qualche esemplare di roverella, di quercia virgiliana e della rarissima quercia congesta. Nelle zone più riparate, al di sotto dei 1000 m, sopravvive la macchia mediterranea con lecci, corbezzoli, ginepri, filliree e terebinti. Lungo i rilievi più caldi, che si affacciano direttamente sul mare, troviamo la fascia ad olivastro, lentisco, ginepro e carrubo, relitto di quella che doveva essere nel passato la vegetazione che ricopriva le coste più meridionali del Mediterraneo. Fra le specie floristiche ricordiamo la rosa di Serafini, la digitale, la peonia maschio e di Corsica.

La fauna
La fauna è caratterizzata da animali ormai rari, se non del tutto estinti in altre parti: il muflone, uno degli animali simbolo della Sardegna; la foca monaca, che sopravvive ormai in pochi esemplari negli angoli più nascosti del Golfo di Orosei. Tre sono le specie di avvoltoi presenti: il grifone, l'avvoltoio monaco e il gipeto. Rara anche la farfalla, "papilo hospiton", endemica di questa regione. Fra i rapaci ricordiamo inoltre l'aquila reale, il falco pellegrino, l'aquila del Bonelli, oltre agli astori, agli sparvieri e alle poiane. Nei boschi troviamo il picchio rosso maggiore, il colombaccio e la ghiandaia, mentre nelle macchie fitte e nelle radure si può avere la fortuna di incontrare la bellissima pernice sarda. Fra i mammiferi segnaliamo il gatto selvatico sardo, la martora, la donnola, nella varietà "boccamela", la volpe e naturalmente i cinghiali.