สภาพภูมิประเทศโดยทั่วไปเป็นภูเขาดินและภูเขาหินปูนสูงสลับซับซ้อน โดยเฉพาะช่องแคบเขากาเลาะ มีลักษณะเป็นภูเขาหินปูนที่มียอดแหลมระเกะระกะ มีแนวหน้าผาสูงชันบางแห่งเป็นแท่งสูงขึ้นไปในอากาศคล้ายหอคอยสูง ที่ราบมีไม่มาก มีสภาพป่าเป็นป่าดงดิบที่สมบูรณ์มากเป็นป่าต้นน้ำ ลำธารของแม่น้ำตาปี จุดสูงสุดมีความสูงจากระดับน้ำทะเลประมาณ 960 เมตร โดยเฉลี่ยสูงจากระดับน้ำทะเลประมาณ 200 เมตร และลักษณะดินโดยทั่วไปเป็นดินเหนียวปนทรายมีสีแดง บางแห่งเป็นดินลูกรังแต่มีส่วนน้อย

สภาพภูมิอากาศบริเวณอุทยานแห่งชาติเขาสกได้รับอิทธิพลจากลมมรสุมทั้งสองฝั่ง คือทั้งด้านมหาสมุทรอินเดียและมหาสมุทรแปซิฟิค ฝนจะเริ่มตกตั้งแต่ปลายเดือนเมษายน จนถึงปลายเดือนธันวาคมของทุกปี และจะตกชุกมากในช่วงเดือนพฤษภาคม - พฤศจิกายน ช่วงที่เหมาะในการเข้าไปชมอุทยานแห่งชาติเขาสกจะอยู่ในระหว่างเดือนธันวาคม - เมษายน ของทุกปี

สัตว์ป่าประกอบไปด้วยสัตว์นานาชนิด ได้แก่ ช้าง กวาง เสือ หมี สมเสร็จ ชะนี ลิง เลียงผา นกชนิดต่าง ๆ เป็นต้น สัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำขนาดใหญ่ เช่น กบทูด และพันธุ์ปลาที่หายากประจำถิ่น ได้แก่ ปลามังกร

สภาพป่าโดยทั่วไปเป็นป่าดิบชื้นมีพรรณไม้มีค่า

เช่น โดแหลม ตะเคียน ยาง ตาเสือ หงอนไก่ กระบาก ยมหอม อินทนิน ฯลฯ และยังประกอบด้วยพันธุ์ไม้พื้นล่างมากมาย ที่น่าสนใจ ได้แก่ "บัวผุด" เป็นพันธุ์ไม้ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดของโลกและเป็นแหล่งกระจายพันธุ์ไม้ที่ขึ้นปะปนกันระหว่างพันธุ์ไม้ในเขตภาคเหนือและภาคใต้ของประเทศ