La región fue habitada por el hombre desde tiempos remotos, por eso aparecen numerosos vestigios arqueológicos diseminados en las faldas bajas, próximas a los terrenos más llanos y por tanto más aptos para el cultivo. La disposición de los sitios y los materiales arqueológicos, como piezas cerámicas y hachas de piedra, se encuadran en las características correspondientes a las sociedades guaraníticas o guaranizadas que habitaron en la región de yungas del norte argentino. Muchos de los habitantes actuales de la región son descendientes de esos antiguos pueblos americanos.
El relieve del parque es quebrado, con cañadones abruptos formados por arroyos y ríos de pronunciada pendiente. Hay también elevados cordones montañosos con picos de más de 3.000 metros de altura. Sobresalen por su magnitud los Cerros Hermoso, Amarillo y Morro Alto y la Serranía del Socavón.
Desde las montañas descienden varios arroyos, ríos y cauces pluviales que llevan sus aguas a los ríos San Lorenzo y Ledesma en el sur y al río de las Piedras en el norte. Todos son afluentes del río San Francisco, que discurre hacia el noreste para unirse a su vez con el Bermejo.
La mayor parte del Parque está cubierta por la profusa vegetación típica de las yungas que, por causa del difícil acceso, se encuentra muy poco alterada por la acción humana.