Vườn có diện tích 22.000ha, trong đó 3/4 là núi đá vôi cao từ 300 đến 600m so với mặt biển. Tại đây có đỉnh Mây Bạc cao 648,2m.

Khí hậu ở Cúc Phương thuộc loại khí hậu nhiệt đới gió mùa, nhiệt độ trung bình năm khoảng 24,7ºC . Địa hình phức tạp, rừng ở dạng nguyên sinh chứa nhiều bí ẩn, và cảnh quan độc đáo. Tại đây có rất nhiều hang động với cảnh quan kỳ thú và ẩn chứa những chứng tích văn hoá lịch sử lâu đời như động Trăng Khuyết, động Chúa, động Thuỷ Tiên, động Người Xưa, hang Con Moong, động San Hô…

Trong vườn còn có suối nước nóng 38ºC. Hệ thực vật rất phong phú với 1.944 loài thuộc 908 chi và 229 họ. Đặc biệt có cây chò xanh, cây sấu cổ thụ đều trên dưới 1.000 năm tuổi, cao từ 50-70m. Riêng hoa phong lan có tới 50 loài, có loài cho hoa và hương thơm quanh năm. Hệ động vật đa dạng bao gồm 71 loài thú, hơn 300 loài chim, 33 loài bò sát và 16 loài lưỡng cư.

Nhiều loài thú quí như: gấu, ngựa, lợn lòi, hổ, báo, chồn, sóc, khỉ… Khu chăn nuôi nửa tự nhiên với các loài hươu sao, nai, khỉ vàng, voọc quần đùi, sóc bay… là nơi phục vụ công tác nghiên cứu của các nhà khoa học và du khách có dịp chiêm ngưỡng như khi sống trong rừng tự nhiên. Cúc Phương còn là quê hương của hàng trăm loài chim, bướm đẹp và lạ. 

Hiện nay,vườn quốc gia Cúc Phương đã trở thành một trung tâm cung cấp các loài thực vật quý hiếm, có giá trị kinh tế cao phục vụ cho các chương trình trồng rừng trong khu vực và trên cả nước. Nơi đây đã có những khu gây giống tự nhiên đạt kết quả cho các loài chò chỉ, chò xanh, kim giao… Trong tương lai vườn còn xây dựng và mở rộng thêm cơ sở thực nghiệm để cung cấp giống nhiều loài cây thuốc, cây cảnh quý hiếm cho những nơi có nhu cầu.

Ðến Cúc Phương đẹp nhất vào mùa khô từ tháng 12 đến tháng 4, khi những cơn mưa rừng dữ dội đã đi qua. Đường tới Vườn Quốc gia Cúc Phương rất thuận tiện. Một khu rừng nguyên sinh với hệ sinh thái rừng nhiệt đới đa dạng, phong phú được bảo vệ nghiêm ngặt lại nằm trên tuyến đường du lịch với những điểm du lịch hấp dẫn như Bích Ðộng, cố đô Hoa Lư, bãi biển Sầm Sơn… đang cuốn hút khách du lịch đến tham quan và các nhà khoa học đến nghiên cứu. Tại vườn còn có một số chương trình du lịch cho khách lựa chọn như đi bộ, du lịch mạo hiểm, leo núi…