El Parque Natural cierra por el sur la provincia de Segovia y se prolonga en el término municipal de Peguerinos a la provincia de Ávila, formando parte del Sistema Central; esta gran cordillera se dispone de este a oeste y divide la meseta central de la Península Ibérica.
El paisaje dominado por la potencia de la gran dorsal montañosa y la abundancia de bosques de pino silvestre que tapizan sus laderas, así como por la presencia de robledales, encinares y sabinares en las zonas más bajas, da cobijo a una importante fauna de excepcional valor, con presencia de alguna de las especies más emblemáticas de la Península Ibérica como son el águila imperial ibérica, el buitre negro o la cigüeña negra.
Su notable riqueza y diversidad, tanto geológica y geomorfológica, como vegetal y animal, así como su buen estado de conservación general hacen que, en conjunto, el espacio delimitado posea unas características naturales sobresalientes o muy destacables respecto a su entorno.
La Sierra de Guadarrama se formó en esta última orogenia (orogenia alpina, era terciaria), produciéndose un levantamiento del Sistema Central, a modo de bloques hundidos y levantados (Gravens y Horst) como consecuencia del choque de las placas africana e ibérica; sin embargo, los materiales sobre los que se asienta son anteriores (orogenia herciniana).
Posteriormente se produce de nuevo erosión de las montañas, configurándose la red hidrográfica de la Sierra de Guadarrama y la deposición de sedimentos; estos procesos junto a la acción del glaciar del Cuaternario y procesos periglaciares desde hace 2,6 millones de años y hasta la actualidad, ha originado el relieve actual de la sierra.
En varios lugares de la sierra se pueden encontrar restos de los glaciares que existieron en el Cuaternario (hace 1,8 millones de años), como en la vertiente este de Peñalara o entre el puerto de Malagosto y el de Navafría.
Posee una elevada diversidad geológica en cuanto a su composición y origen, desde rocas muy antiguas como el gneis (500 millones de años), hasta acumulaciones sedimentarias más reciente, como los aluviones que deposita la red hidrográfica (limos, arenas y gravas).
El sustrato geológico está formado por diferentes tipos de rocas de muy diverso origen (plutónicas, metamórficas, sedimentarias y filonianas); son rocas muy antiguas, del Paleozoico y Mesozoico, siendo las más antiguas los gneises, mármoles y esquistos.
La vegetación es muy variada a lo largo de toda la sierra, encontrando distintas especies según la altitud o el suelo de cada zona:
La flora de interés del parque está formada por unos 180 taxones; entre ellos, casi una tercera parte de las especies entran en catálogos legales de protección de la flora.
La fauna que habita en este espacio natural es muy diversa y alberga especies singulares, destacando:
La Sierra de Guadarrama tiene una serie de valles y lugares con un interés especial desde el punto de vista ecológico y paisajístico; su proximidad a Madrid y ciudades periféricas hace que disponga de un gran número de caminos en buen estado, así como, de varias zonas de recreo y descanso para disfrutar de sus paisajes más singulares, vistosos y naturales.
Entre su patrimonio social y cultural, podemos destacar:
Existen dos centros de información al visitante específicos del Parque Natural:
Existen también oficinas de información turística en algunos de los núcleos urbanos del parque; son centros gestionados por los ayuntamientos de: Peguerinos, El Espinar, Real Sitio de San Ildefonso, Navafría y Prádena.