La mayor parte de los bosques del Parque corresponden al tipo Siempreverde, desarrollado en una amplia gama de ambientes. En lugares planos y de mal drenaje como la laguna Cayutúe, predomina el Bosque Húmedo de galería compuesto principalmente por canelo, coigüe, patagua y pitra.
En la ribera del lago Todos los Santos se presenta el olivillo, que forma bosques puros o mezclados con ulmo, tiaca y coigüe. La formación Siempreverde más importante es el Bosque de Coigüe, que se sitúa entre los 200 y 1.000 msnm., asociado con ulmo, tepa y tineo en el estrato superior y con una rica cubierta inferior de arbustos, trepadoras, quila y helechos.
El Tipo Forestal Alerce contiene una interesante conífera, que se desarrolla entre los 800 y los 1.000 msnm, ocupando pendientes escarpadas y terrenos pantanosos.
A mayor altura aparece el Bosque de Lenga, en un comienzo mezclado con coigüe, para luego formar agrupaciones puras, hasta el límite vegetacional, donde crece achaparrado.
Entre los mamíferos que es posible observar destacan el pudú o ciervo pequeño, el puma, la güiña, el gato montés, el zorro chilla o gris, el huillín o nutria de río y el quique o hurón. Se presentan a su vez dos especies de marsupiales chilenos: la comadreja trompuda y el monito del monte.
Entre las aves que se encuentran presentes en el Parque, es importante destacar la huala, el pato quetro, el pato correntino, el martín pescador, el traro, el picaflor chico, el carpintero negro, el canquén, la tagua común y el águila.
Entre los peces se destacan la trucha chilena y especies introducidas como la trucha arcoiris y la trucha café.
El Parque se ubica en una zona donde el volcanismo activo junto a procesos tectónicos y glaciales, han sido los factores que dieron forma a la cordillera de los Andes.
Las mayores alturas corresponden a cumbres volcánicas de diferente antigüedad, sobresaliendo el volcán Puntiagudo (2.490 msnm.) y el Osorno (2.661 msnm.) entre los más recientes y la Picada (1.710 msnm.) y el Tronador (3.491 msnm.) entre los más antiguos.
El retroceso de los glaciares y la aparición del volcán Osorno, permitió la formación del lago Todos Los Santos, rodeado de elevadas montañas de tenues pendientes y con desagüe en el río Petrohué hacia el estuario de Reloncaví.
La actividad volcánica se manifiesta también de manera indirecta a través de una serie de baños termales, entre los que se pueden señalar los de Viruloche, Ralún, El Callao y otros.
La cuenca del lago Todos Los Santos o lago Esmeralda, de 2.210 Km2 de extensión esta incluida en el Parque.
El lago está ubicado a 190 msnm. y recibe numerosos afluentes, entre los que destacan el río Peulla, que nace de los Ventisqueros del volcán Tronador, los ríos Negro, Puntiagudo, Blanco, Chilcón y Cayutúe. Este último drena la laguna del mismo nombre, ubicada en el sector sudoeste del Parque.
Destacan los Saltos del río Petrohué, el volcán Osorno y sus conos parásitos, el lago Todos Los Santos, el valle del río Puntiagudo, el Valle de Cayutúe y el volcán Tronador.