ลักษณะภูมิประเทศเป็นเทือกเขาสลับซับซ้อน แนวเขาวางตัวในทิศเหนือ-ใต้เทือกเขาที่สำคัญคือ ดอยแปรเมือง ดอยขุนห้วยฮึก ขุนห้วยหญ้าไทร และดอยหลวง มียอดเขาขุนห้วยฮึก ซึ่งอยู่ทางทิศเหนือของพื้นที่สูงที่สุด มีความสูง 1,234 เมตร จากระดับน้ำทะเลปานกลาง เป็นป่าต้นน้ำลำธารของแม่น้ำน่านทั้งสิ้น ส่วนใหญ่ไหลจากทิศเหนือไปสู่ทิศใต้ แหล่งน้ำที่พบเป็นแหล่งน้ำธรรมชาติ มีลำห้วยลำธารที่สำคัญคือ แม่น้ำขะนิง แม่น้ำสา นอกจากลำน้ำสองสายแล้วยังมีลำห้วยเล็กๆ อีกหลายสาย ลักษณะภูมิอากาศแบ่งออกเป็นสามฤดู คือ ฤดูร้อน อากาศจะร้อนพอประมาณ เริ่มตั้งแต่เดือนกุมภาพันธ์ถึงเดือนเมษายน ฤดูฝน ฝนจะตกปานกลางถึงหนัก เริ่มตั้งแต่เดือนพฤษภาคมถึงเดือนตุลาคม ฤดูหนาว อากาศจะหนาวจัด เริ่มตั้งแต่เดือนพฤศจิกายนถึงเดือนมกราคม ลักษณะท้องฟ้ามีเมฆมากในฤดูฝนช่วงเดือนกรกฎาคมถึงเดือนกันยายน และมีเมฆน้อยมากในช่วงเดือนมกราคมถึงเดือนมีนาคม อุณหภูมิโดยเฉลี่ยประมาณ 24 องศาเซลเซียส เนื่องจากลักษณะภูมิประเทศเป็นเทือกเขาสลับซับซ้อน ประเภทป่าแบ่งออก เป็น 2 ประเภทใหญ่ คือ ป่าไม่ผลัดใบ ได้แก่ ป่าดิบแล้ง ป่าดิบเขา ป่าสนเขา พันธุ์ไม้ที่พบคือ กระบาก ตะเคียน ยาง ประดู่ มะค่าโมง ยมหอม ตะแบก ชิงชัน เหียง พลวงตะเคียนหนู พวกไม้ก่อต่างๆ พลับพลา หมีเหม็น สนสองใบ สนสามใบ เป็นต้น ป่าผลัดใบ ได้แก่ ป่าเบญจพรรณ ป่าเต็งรัง พันธุ์ไม้ที่พบคือ สัก แดง ประดู่ ชิงชัน ขะเจ๊าะ สาธร มะค่าโมง ตะแบก ตีนนก โมกหลวง เต็ง รัง เหียง พลวง ตะคร้อ มะม่วงป่า กว้าว รกฟ้า มะกอก ไผ่ชนิดต่างๆ เป็นต้น สัตว์ป่าที่พบส่วนใหญ่คือ กระทิง วัวแดง กวางป่า หมูป่า หมี เสือโคร่ง เสือดาว ชะนี ลิงลม หมาไน หมาจิ้งจอก กระจง อีเห็น เสือป่า กระต่ายป่า กระแต กระรอก หมาจิ้งจอก นกนานาชนิด ที่สำคัญ คือ นกยูงไทย สัตว์เลื้อยคลานชนิดต่างๆ สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ ซึ่งจะพบตามแหล่งน้ำธรรมชาติ รถยนต์ จากกรุงเทพฯ ผ่านนครสวรรค์ พิษณุโลกถึงแพร่ จากแพร่ตามถนนยันตรกิจโกศล ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 101 ไปถึงอำเภอเวียงสา เลี้ยวขวาไปตามถนนเจ้าฟ้า ทางหลวงจังหวัดหมายเลข 1026 จากอำเภอ เวียงสาไปอำเภอนาน้อย ระยะทางประมาณ 35 กม. แล้วเลี้ยวซ้ายเข้าตามถนนสายนาน้อย -ปางไฮ ทางหลวงจังหวัดหมายเลข 1083 ไปอีกประมาณ 5 กิโลเมตร จะถึงเสาดิน และถึงที่ทำการอุทยานแห่งชาติ