อุทยานแห่งชาตินันทบุรีมีอาณาเขตติดต่อทิศเหนือจดเขตอำเภอสองแคว จังหวัดน่านและเขตอำเภอปง จังหวัดพะเยา ทิศใต้จดเขตอำเภอเวียงสา จังหวัดน่าน ทิศตะวันออก จดทางหลวงจังหวัดหมายเลข 1080 ( น่าน-ทุ่งช้าง) ทิศตะวันตก จดเขตอำเภอเชียงม่วง จังหวัด พะเยา เขตพื้นที่สำรวจจัดตั้ง อุทยานแห่งชาติ ดอยภูนาง และ เขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าดอยผาช้าง จังหวัดพะเยา ลักษณะภูมิประเทศเป็นเทือกเขาสูงสลับซับซ้อนวางตัวในแนวเหนือใต้ อยู่ทางทิศตะวันตกของจังหวัดน่าน จนไปจดประเทศลาว ระดับความสูงของพื้นที่ประมาณ 300-1,710 เมตรจากระดับน้ำทะเล ความลาดชันของพื้นที่โดยเฉลี่ยประมาณ 50 เปอร์เซ็นต์ ยอดเขาที่สูงที่สุดคือ “ยอดดอยวาว” ความสูง 1,710 เมตรจากระดับน้ำทะเล ลักษณะของหิน ส่วนใหญ่เป็นหินที่เกิดในมหายุค Mesozoic Paleozoic และ Neozoic ซึ่งส่วนใหญ่คือ หินตะกอน มีอายุอยู่ในหลายช่วงอายุด้วยกัน นอกจากนี้เป็นหินภูเขาไฟ และหินก่อนหินภูเขาไฟบ้างประปรายกระจายในพื้นที่ เป็นแหล่งต้นน้ำของลำห้วยหลายสายซึ่งเป็นลำห้วยที่คอยหล่อเลี้ยงลำน้ำน่านและลำน้ำยม ได้แก่ ลำน้ำสมุน ลำน้ำสะเนียน ลำน้ำวาว ลำน้ำยาว ลำน้ำพี้ ลำน้ำตึม ลำน้ำสีพัน ลำน้ำไสล ลำน้ำระพี และลำน้ำคาง เป็นต้น เป็นแบบมรสุมเขตร้อน โดยได้รับอิทธิพลจากลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ ในช่วงฤดูฝนและมรสุม ตะวันออกเฉียงเหนือในช่วงฤดูหนาว แบ่งออกเป็น 3 ฤดู คือ ฤดูร้อน ตั้งแต่เดือนมีนาคม-พฤษภาคม ฤดูฝน ตั้งแต่เดือนมิถุนายน-ตุลาคม และฤดูหนาว ตั้งแต่เดือนพฤศจิกายน-กุมภาพันธ์ อุณหภูมิเฉลี่ยต่อปีต่ำสุดประมาณ 9 องศาเซสเซียล สูงสุดประมาณ 26 องศาเซสเซียล ประมาณน้ำฝนเฉลี่ยต่อปีประมาณ 1,198 มิลลิเมตร ลักษณะทั่วไปของพื้นที่ปกคลุมด้วยป่าเบญจพรรณทางด้านตะวันตก และป่าดิบแล้งทางด้านตะวันตกและเหนือ มีป่าดิบเขาอยู่บ้างตามยอดเขาที่มีความสูงจากระดับน้ำทะเลตั้งแต่ 900 เมตร นอกจากนั้นยังมีป่าเต็งรัง ป่าเขาหินปูน และทุ่งหญ้า ชนิดพันธุ์ไม้และพืชพื้นล่างที่พบในแต่ละชนิดป่าได้แก่ ป่าเบญจพรรณ เช่น สัก มะค่าโมง ซ้อ สมอพิเภก ตะเคียนหนู ไผ่ซาง ไผ่บง ไผ่ไร่ และไผ่ข้าวหลาม ป่าดิบแล้ง เช่น ยางแดง ตะเคียนหิน ตะเคียนทอง คอแลน มะม่วงป่า เก็ดดำ จอแจ หมามุ่ย หวายขม และเครือออน ป่าดิบเขา เช่น ทะโล้ พญาไม้ กำลังเสือโคร่ง ก่อแดง กฤษณา กุหลาบขาว เมี่ยงหลวง โคลงเคลงขน กุหลาบหิน และกระชาย ป่าเต็งรัง เช่น เต็ง รัง เหียง พลวง ไผ่เพ็ก เป้ง เปราะป่า และส้มกั้ง บริเวณ ทุ่งหญ้า พบประดู่ สีเสียดเหนือ มะสัง หญ้าคา และหญ้าปากควาย ในบริเวณที่เป็น แหล่งน้ำ พบแพงพวยน้ำ สาหร่ายหางกระรอก หญ้าแห้วหมู จอกหูหนู และไข่น้ำ เป็นต้น ชนิดของสัตว์ป่าที่พบในอุทยานแห่งชาตินันทบุรี ได้แก่ เก้ง หมาไม้ ลิงกัง ลิงวอก อีเห็นข้างหลาย อ้นเล็ก ลิ่น บ่าง กระต่ายป่า กระรอกปลายหางดำ ค้างคาวลูกหนูถ้ำ หนูผีนา เหยี่ยวนกเขาหงอน นกเปล้าหน้าเหลือง นกขมิ้นท้ายทอยดำ นกเขียวก้านตองปีกสีฟ้า นกปรอดเหลืองหัวจุก นกแซงแซวหงอนขน นกขุนทอง เต่าเหลือง เต่าปูลู ตะกวด แย้ งูหลาม งูสิง จิ้งเหลนหางยาว กิ้งก่าบินคอแดง ปาดแคระขาเขียว อึ่งปากขวด กบทูด เขียดจะนา คางคกหัวราบ ผีเสื้อสะพายฟ้า ผีเสื้อถุงทองป่าสูง และผีเสื้อหางตุ้มจุดชมพู เป็นต้น สำหรับในบริเวณที่เป็นแหล่งน้ำพบสัตว์น้ำชนิดต่างๆ ได้แก่ ปลาซิวหนวดยาว ปลาตะเพียนขาว ปลาไหลนา ปลาดุกอุย ปลาหมอตาล หอยกาบน้ำจืด หอยขม หอยโข่ง และกุ้งฝอยใน เป็นต้น รถยนต์ การเดินทางจากตัวเมืองน่าน ใช้ทางหลวงจังหวัดหมายเลข 1080 สายน่าน-ทุ่งช้าง ไปยังอำเภอท่าวังผาแล้วไปตามทางหลวงจังหวัดหมายเลข 1148 สายท่าวังผา-สองแคว ประมาณ 1.5 กิโลเมตร แยกไปตามทางหลวงจังหวัดหมายเลข 1082 สายนาหนุน-สบขุ่น ถึงหลักกิโลเมตรที่ 27 แยกขวามือเข้าไปอีกประมาณ 500 เมตร ถึงที่ทำการอุทยานแห่งชาติ แนะนำ ระยะทาง 3 กิโลเมตร ก่อนถึงที่ทำการอุทยานแห่งชาติ ในช่วงหน้าฝน นักท่องเที่ยวควรใช้รถโฟวิลในการเดินทาง และต้องมีทักษะในการขับรถ