Les roches cristallines et sédimentaires, façonnées par l’érosion et les glaciations, ont donné naissance aux paysages du Parc national aujourd’hui : hauts sommets, lacs d’altitude, cirques entourés d’immenses falaises et de cascades.

Le Vignemale (3 298 m), le Balaïtous (3 144 m) et le pic de Néouvielle (3 091 m) comptent parmi les plus hauts points des Pyrénées françaises. L'eau est présente partout avec, en zone cœur du territoire, près de 900 pièces d’eau (lacs, laquets, pièces d’eau temporaires) et plus de 1 000 kilomètres de cours d'eau, héritage des anciens glaciers.

Ces reliefs foisonnent de vie sauvage, parfois peu perceptible à l’œil nu, rejoint, de juin à octobre, par les troupeaux. Evoluant en estives, ils perpétuent une activité pastorale intense et toujours vivante. En contrebas, la forêt occupe les versants, peuplée surtout de sapins et de hêtres.

Carrefour d'influences climatiques entre Atlantique et Méditerranée, le Parc national abrite une flore et une faune variées, riches en espèces endémiques et emblématiques. Il joue un rôle de zone refuge pour l'isard, l'ours brun, le gypaète barbu, le desman, le crapaud accoucheur ou le vautour fauve. Le site a même vu revenir une espèce disparue : en 2014, après un siècle d'absence, les premiers bouquetins ibériques étaient relâchés à Cauterets.

Cette mission de conservation dépasse les limites du cœur de Parc. Côté espagnol, la continuité de la protection du massif est assurée par le Parc national d'Ordesa et du Mont-Perdu, créé en 1918. C'est là qu'avait disparu le dernier bouquetin des Pyrénées, en 2000, et de là que viennent les animaux réintroduits. L'UNESCO a reconnu l'unité des deux versants en inscrivant, dès 1997, le site transfrontalier « Pyrénées Mont Perdu » qui associe une partie du parc national français au parc aragonais, sur la liste du Patrimoine mondial, à double titre : matériel et immatériel.