En su accidentado relieve encontramos distintas alineaciones que conforman una extensa red de valles y barrancos drenados por algunos de los más importantes ríos del país. Abrazados por estas montañas nacen el Guadalquivir y el Segura. El gran río de los árabes nace en la sierra de Cazorla para llevar a desembocar sus aguas al Atlántico, después de regar de vida Andalucía. Por su parte, el Segura nace en su sierra homónima para ir a buscar las calientes aguas del Mediterráneo en Guardamar, ya en tierras valencianas, después de regar las fértiles huertas murcianas.

Grandes montañas que llegan a sobrepasar los 2000 m. se disponen como bellos miradores a la viva naturaleza que los rodea. Destacan cimas como el Banderillas, Gilillo, Yelmo, Empanadas, Cabañas, etc. Encontramos grandes áreas con clima casi estepario, como los extensos Campos de Hernán Perea, donde la nieve perdura meses en invierno, siendo un grandioso calar donde las aguas se filtran lentamente surtiendo manantiales, arroyos y ríos.

La fauna es otro de los grandes tesoros de estas sierras. Encontramos mamíferos como el muflón, el ciervo, el gamo, las cabras hispánicas o el jabalí. Otros menores como el zorro, el tejón, el gato montés o la gineta. De entre los repites cabe destacar la endémica Lagartija de Valverde. Las aves encuentran aquí un refugio en el que podemos divisar especies como el azor, el águila culebrera, águila perdicera, el cárabo, la lechuza, el búho real, el buitre leonado, el alimoche o el recientemente reintroducido quebrantahuesos.

La flora es otro de los platos fuertes del parque. El pino es el protagonista indiscutible, encontrando subespecies que van desde el laricio al rodeno, pasando por el carrasco. Las enormes proporciones del ámbito que nos ocupa hacen que encontremos distintos hábitats en los que la flora está bien diferenciada. Desde la alta montaña hasta lo más profundo de los valles encontramos especies tan distintas como el quejigo, el tomillo, el arce, el acebo, el romero, el lentisco, la encina, el tejo, el enebro, la sabina, el madroño, etc. Por encima de todas estas especies, un endemismo: La llamada Violeta de Cazorla - Viola Cazorlensis-, todo un símbolo de estas sierras.

Pero todo este grandioso paraje no se puede entender sin tener en cuenta todo lo que hay detrás de los límites administrativos de la zona protegida. Más allá de esa frontera artificial encontramos las Sierras de Alcaraz, las cercanas sierras murcianas, la sierra de Castril, la Sagra, etc. Todas estas sierras forman un gran conjunto montañoso considerado como el gran pulmón verde del sur de la Península Ibérica.