El Parque Nacional ocupa 33.960 hectáreas de la Sierra de Guadarrama en el Sistema Central, macizo montañoso que divide en dos la meseta castellana y separa las cuencas hidrográficas del Duero y el Tajo y las provincias de Segovia y Madrid. La mayor parte de su superficie lo ocupan las cumbres dominadas por los afloramientos rocosos y los pastos y matorrales de altura.

Desde un punto de vista cuantitativo en el Parque Nacional encontraremos más de 1.000 especies vegetales, de las que 114 se pueden considerar de interés y 83 como endemismos. En la Lista Roja de la flora vascular española se incluyen en diferentes categorías Erysimum humile subsp penyalarense, Licopodiella inundata, Ranunculus valdesii y Utricularia minor. Otras muchas se encuentran incluidas en diferentes catálogos nacionales o autonómicos.

La fauna vertebrada se encuentra representada por 255 taxones de los que 148 son aves, la mayor parte de ellas propias de las cumbres montañosas como el acentor alpino o el común, la collalba gris, el pechiazul o el roquero rojo. También encontramos algunas de las especies de aves más amenazadas de la península como el buitre negro, el águila imperial y la cigüeña negra. El barbo comizo o la trucha común son parte de las 14 especies de peces y la rana patilarga o el sapillo pintojo pueden representar a los 36 anfibios y reptiles presentes en este espacio. Son más de 58 especies de mamíferos las presentes en el Parque entre las que están presentes cabras monteses, nutrias y una amplia variedad de murciélagos.

La fauna invertebrada es muy diversa y la tarea de revisar sus censos es un objetivo prioritario para el parque. Algunas especies de mariposas tan extraordinarios como la Graellsia o la Apolo pueden llegar a ser, por su belleza y singularidad, el icono del parque. Son más de 74 los taxones presentes con algún tipo de protección a nivel nacional o europeo.