ลักษณะภูมิประเทศ
สภาพภูมิประเทศ เป็นเทือกเขาสูงสลับซับซ้อนเรียงรายอยู่ตามเทือกเขาถนนธงชัย ลดหลั่นลงมาจนถึงพื้นที่ราบประมาณ 40-50 ลูก ยอดที่สูงที่สุดคือ ยอดเขาดิน มีความสูงประมาณ เมตรจากระดับน้ำทะเล เป็นแหล่งต้นน้ำลำธาร ต้นกำเนิดของแม่น้ำแม่วงก์ ส่วนพื้นที่ราบมีอยู่น้อยมาก ส่วนใหญ่จะอยู่บริเวณริมแม่น้ำ และเป็นแหล่งแร่ธาตุสำคัญ เช่น แร่ไมก้า
ลักษณะภูมิอากาศ
สภาพภูมิอากาศ ของอุทยานแห่งชาติแม่วงก์ แบ่งออกเป็น 3 ฤดู คือฤดูร้อน ระหว่างเดือนมีนาคม-พฤษภาคม ฤดูฝน ระหว่างเดือนมิถุนายน-ตุลาคม ฤดูหนาว ระหว่างเดือนพฤศจิกายน-กุมภาพันธ์ ซึ่งเป็นช่วงที่เหมาะแก่การไปท่องเที่ยวมากที่สุด
พันธุ์ไม้และสัตว์ป่า
สภาพป่าทั่วไปประกอบด้วยป่าเบญจพรรณ จะอยู่บริเวณที่ราบริมฝั่งห้วยและภูเขาที่ไม่สูงนัก พันธุ์ไม้ประกอบไปด้วย ไม้สัก พะยอม ชิงชัน กระบก มะม่วงป่า มะค่าโมง แดง ประดู่ จันทร์หอมป่าดงดิบ เป็นป่าที่อยู่บริเวณหุบเขาและอยู่สูงถัดป่าเบญจพรรณขึ้นไป มีพันธุ์ไม้ได้แก่ ไม้ยาง ตะแบก ตะเคียน ก่อ กระบาก และป่าเต็งรัง ซึ่งมีอยู่เป็นจำนวนน้อย มีพันธุ์ไม้ได้แก่ ไม้เต็ง รัง เหียง พลวง
สัตว์ป่า ประกอบด้วยสัตว์นานาชนิด เนื่องจากอยู่ติดกับเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าห้วยขาแข้ง และเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าทุ่งใหญ่นเรศวร ซึ่งสัตว์สามารถใช้เส้นทางเดินติดต่อถึงกัน ได้แก่ ช้าง กระทิง เสือ กวาง เก้ง หมี กระต่ายป่า ไก่ป่า เม่น แมวลาย กระรอก ลิง และนกนานาชนิด เช่น นกแก้ว นกกางเขน นกเขา เป็นต้น

จุดเด่นที่น่าสนใจ

น้ำตกแม่กะสา น้ำตกขนาดใหญ่เกิดจากพื้นที่ป่าบนทิวเขาถนนธงชัย มีขนาดสูงถึง 700 เมตร มีทั้งหมด 9 ชั้น อยู่ห่างจากที่ทำการอุทยานแห่งชาติประมาณ 18 กิโลเมตร ใช้เวลาเดินป่าไป–กลับ ประมาณ3- 4 วัน น้ำไหลแรงสวยงามตลอดปี
น้ำตกแม่รีวา เป็นน้ำตกอีกสายหนึ่งที่เป็นต้นน้ำของลำน้ำแม่วงก์ มีทั้งหมด 5 ชั้น มีลักษณะเป็นอ่างกลม กว้างราว 30-40 เมตร รับน้ำตกลงมาเป็นชั้นๆ อยู่ห่างจากที่ทำการอุทยานแห่งชาติ 21กิโลเมตร ใช้เวลาเดินทางไป – กลับ ประมาณ 3 วัน
น้ำตกแม่กี-แม่วงก์ มีความสูงประมาณ 200 เมตร แบ่งเป็นชั้นๆถึง 9 ชั้น น้ำไหลเกือบตลอดปี ใช้เวลาเดินเท้าประมาณ 10 ชั่วโมง และได้ชื่อว่าเป็นน้ำตกที่สวยงามที่สุดในเอเซีย (จากหนังสือ ASEAN MAGAZINE พ.ศ. 2518)
ยอดเขาโมโกจู ขุนเขาแห่งความหนาวเย็น มีความสูง 1,964 เมตร จากระดับน้ำทะเล ยอดเขาแห่งนี้นับเป็นจุดหมายของนักเดินทางหลาย ๆ คน ถึงแม้เส้นทางเดินป่าจะมีระยะทางไกล คือห่างจากที่ทำการอุทยานแห่งชาติประมาณ 50 กิโลเมตร และใช้เวลาเดินทางไป–กลับ 5–7 วัน
แก่งผาคอยนาง - แก่งน้ำบนแก่งหิน จากถนนคลองลาน - อุ้มผาง ห่างจากที่ทำการอุทยานแห่งชาติ 800 เมตร จะมีทางแยกเข้าไปอีก 200 เมตร จะถึงบริเวณแก่งหินขนาดใหญ่ ที่มีลำน้ำคลองคลุงไหลผ่านซึ่งเป็นลำน้ำสายหนึ่งในหลาย ๆ สาย ที่ไหลลงสู่แม่น้ำปิง จากบริเวณแก่ง เดินขึ้นไปตามลำน้ำอีกประมาณ 350 เมตร จะถึงน้ำตกผาคอยนาง น้ำตกขนาดเล็กที่เด่นและสดุดตา
จุดชมวิว กิโลเมตร 81 ทิวเขาไกลสุดสายตา จากที่ทำการอุทยานแห่งชาติ ไปตามถนนคลองลาน - อุ้มผาง อีก 16 กิโลเมตรจะถึงบริเวณหน้าผาที่สามารถมองทัศนียภาพที่สวยงามมองเห็นทิวเขาไกลสุดสายตา
ช่องเย็น กิโลเมตร 93 ช่องเขารับสายลมระยะทาง 28 กิโลเมตรจากที่ทำการอุทยานแห่งชาติซึ่งเป็นจุดสูงสุดของถนนคลองลาน - อุ้มผาง จะถึงบริเวณหน้าผาที่ตั้งอยู่ระหว่างเขา ซึ่งทำให้บริเวณแห่งนี้ มีสายลมพัดผ่านตลอดเวลา จึงถูกขนานนามว่า "ชิ่งเย็น" ตามสภาพภูมิอากาศของพื้นที่แห่งนี้ เนื่องงจากช่องเย็นมีสภาพอากาศที่เย็นและชื้น จึงพบพันธุ์ไม้ที่ชอบความชุ่มชื้นบริเวณนี้ ได้แก่ กล้วยไม้เฟิร์น มหัสดำ (Treefern)
นอกจากนี้ช่องเย็นยังเป็นถิ่นอาศัยของนกหลากหลายชนิด จึงเป็นแหล่งดูนกที่สำคัญแห่งหนึ่ง นอกจากน้ำตกแล้ว พื้นที่บริเวณที่ทำการอุทยานแห่งชาติแม่วงก์ยังมีแก่งหินปูน น้ำไหลลดหลั่นเป็นชั้นๆ เหมาะแก่การท่องเที่ยวเพื่อการพักผ่อนในเวลากลางวัน และเป็นที่ชมวิวพักทานอาหารในบรรยากาศท่ามกลางหุบเขาอันร่มเย็น