El parque nacional constituye una unidad geográfica de primer orden. Domina su orografía el macizo de Monte Perdido, 3.348 m, desde donde derivan a modo de brazos los valles de Ordesa, Añisclo, Escuaín y Pineta, cincelados por las aguas respectivas de los ríos Arazas, Bellós, Yaga y Cinca. La complicada historia geológica y morfológica, junto con un clima singular, han dado como resultado una elevada altitud y la presencia de escarpadas pendientes en una continua interacción de clima, relieve y vegetación.
Sus valles profundos, con grandes diferencias altitudinales respecto a las cimas y la orografía compleja de todo el territorio, dan lugar a multiples variaciones climáticas dentro de la gama de climas de montaña que influyen, directamente, en la distribución de la vegetación y en sus paisajes con grandes contrastes: la extrema aridez de las zonas altas, desiertos kársticos de altura afectados por las ventiscas, la nieve, la roca desnuda y los restos glaciares; los verdes valles cubiertos por bosques y prados, donde el agua, siempre presente, forma cascadas y atraviesa cañones y barrancos.
Vegetación y flora. Los bosques ocupan la quinta parte de la superficie del parque. En el fondo de los valles abunda el hayedo-abetal, mientras el pino negro ocupa el límite superior del bosque. En el parque nacional encontramos un muestrario más de 1.500 especies de la flora pirenaica donde conviven especies comunes con otras exclusivas de estas montañas, como es el caso de la madreselva de los Pirineos, la corona de rey o la oreja de oso, especie relíctica de épocas tropicales que prospera en las húmedas fisuras de los roquedos calizos.
Una variedad de especies están adaptadas a lugares difíciles del parque como a las altas cimas, a las grietas de las rocas o a la falta de luz bajo los hayedos. Estas plantas florecen a medida que las condiciones son más propicias para la vida cuando la nieve se va fundiendo: Prímulas, gencianas, lirios, siemprevivas, saxífragas, potentillas, merenderas... son algunas de las más singulares.
Los fondos de valle están ocupados generalmente por los bosques. El haya, el abeto blanco o el pino silvestre son especies dominantes, y su distribución depende de la orientación y características de cada valle. A la orilla de los ríos aparece la vegetación de ribera, amante de la humedad, con sauces, abedules, fresnos, etc.
En el Cañón de Añisclo las encinas y las hayas intercambian “sus pisos naturales” debido a la inversión térmica, mientras el pino silvestre se ha extendido por su antiguo aprovechamiento en el valle de Escuaín, y el pino negro emplea todas sus estrategias para sobrevivir en el límite de la vegetación arbórea.
Los pastizales de los puertos de la alta montaña albergan la mayor biodiversidad del parque, lugares donde, desde hace siglos, el hombre con sus ganados viene aprovechando este importantísimo recurso natural.
La fauna. En el parque vive una amplia muestra de la fauna pirenaica, especialmente la ligada a los hábitats alpinos y subalpinos de la alta montaña. Se han catalogado siete especies de anfibios, trece de reptiles, cuatro de peces, y más de cincuenta mamíferos.
Al menos ochenta aves nidifican en este espacio. El quebrantahuesos, rapaz osteófaga amenazada, cuenta con varias parejas reproductoras dentro del parque. Son habituales el águila real, la chova piquigualda y el buitre leonado, aves de costumbres rupícolas que encuentran en los cortados rocosos su hábitat vital.
En las aguas frías de ríos y barrancos, viven las abundantes truchas o el endémico tritón de los Pirineos. La rana pirenaica fue descrita como nueva especie para la ciencia en las inmediaciones del parque en el año 1992. Marmotas y sarrios son mamíferos fáciles de observar en los altos pastizales subalpinos. En las zonas más altas el gorrión alpino, el acentor alpino, el treparriscos y el lagópodo alpino, entre otras especies, logran soportar las difíciles condiciones de estos medios boreales.