در این پارک رودخانه‌های متعددی جریان دارد و بیش از ۲۱ دهنه چشمه در آن شناسایی شده‌است که مهم‌ترین آنان را می‌توان رودخانه مادرسو، زاو، قرتو، چشمه‌های گلشن، گلستان، جانو، سردارخانه، دوشان، آق سو، کرکولی نام برد. آبشار آق سو و آبشار جنگل گلستان با ارتفاع ۷۰ متر و آب‌دهی ۳۰ لیتر بر ثانیه از آبشارهای معروف این پارک‌ هستند و از مهم‌ترین کوه‌ها و دره‌های این بوستان می‌توان به ارتفاعات قره قون، تنگه گل، شاخا، یکه قدم، المه، قره قاشلی، قوفی قورچی و دره‌های آلمه، آنسر، قرغون، آق سو، آلی دالی، آدنس، جمشیدآباد، قزقلعه، آلوباغ و خشک اشاره کرد. اختلاف ارتفاع در پارک حدود ۲۰۰۰ متر است که همین مساله تنوع زیستگاه‌ها و ریزبوم‌های متعددی را ایجاد کرده‌است.

پارک ملى گلستان بين دو حوزه نيمه نم پسند و نيمه خشکى پسند قرار دارد و به تدريج در حرکت به طرف شرق، سيماى طبيعى آن به حالت استپيک تغيير پيدا مى‌‌کند، به همين جهت عناصر گياهى نواحى سه گانهٔ فوق را مى‌توان در پارک مشاهده نمود. تنوع و رنگارنگى گياهان اين پارک چنان مناظر زيبایى را به وجود آورده است که نظير آن را در کم‌تر نقطه‌ای از کشور مى‌‌توان یافت.

توسکاى قشلاقى، کلهو، انجير، توت، ملج، داغداغان، ازگيل، وليک، زالزالک، سيامتو، ‌گوجه وحشى، شيرخشت، دغدغک، گردو، تمشک، انار وحشى و‌ گلابى وحشى از گونه‌هاى مختلف گياهى پارک محسوب مى‌شوند. در نواحى خشک‌تر درختچه‌هاى زرشک، تغ، گز، کاروان‌کش‌، بوته‌هاى کلاه مير حسن، ‌ گون، گدار، چوبک، درمنه، خارشتر و ساير گونه‌هاى استپى يافت مى‌شود. در نواحى مرتفع گونه ارس نيز به طور پراکنده ديده مى‌شود.

بیشتر پارک در استان گلستان، حدود ۳۴ درصد آن در استان خراسان شمالی و بخش ناچیزی نیز در استان سمنان قرار دارد.

۶۹ گونه پستاندار در پارک ملی گلستان شناسایی شده‌اند. پلنگ و خرس قهوه‌ای از گوشت‌خواران بزرگ پارک ملی هستند. سمور جنگلی از گوشتخوارانی است که احتمالا فقط در پارک ملی گلستان زندگی می‌کند و بر ارزش ژنتیکی پارک افزوده‌است. دیگر پستانداران مهم ساکن این جنگل شامل مرال، شوکا، گراز، گربه جنگلی، تشی، آهوی ایرانی، قوچ و میش،گرگ، روباه، روباه ترکمنی و بز کوهی می‌شوند. از راسته خفاش‌ها تاکنون ۱۸ گونه در این پارک شناسایی شده‌است.

این منطقه از بهترین زیست‌گاه‌های گوسفند وحشی اوریال بزرگ‌ترین و قدیمی‌ترین زیرگونه گوسفند وحشی ایران است و یکی از خالص‌ترین جمعیت‌های قوچ و میش اوریال را در خود جای داده‌ است.

۱۴۹ گونه پرنده در پارک ملی گلستان شناسایی شده‌ است که از این تعداد پرنده، ۴۸ نوع در فصل بهار و تابستان در منطقه مشاهده می‌شود و ۶۲ گونه بومی پارک ملی هستند. مهم‌ترین این پرندگان شامل قرقاول، کبک، تیهو، جغد خال‌دار، زنگوله‌بال،کوکر سینه سیاه، ابیا، بلدرچین، قرقی، دلیجه، سارگپه پابلند، سارگپه، عقاب دوبرار، دال سیاه، دال، عقاب دریایی دم‌سفید، بالابان، هما، دارکوب سیاه، بلبل، توکای باغی، سهره‌ها، زردپره‌ها، مگس‌گیرها، زنبورک‌ها و دم‌سرخ‌ها می‌شوند.

از مجموع جانوران موجود در این جنگل ۱۹ گونه در خطر انقراض است که هما، بالابان، گیلان‌شاه خال‌دار و روباه ترکمنی از جمله آن‌هاست. مرال، شوکا، کل و بز، و قوچ و میش هم از جمله گونه‌هایی هستند که بیشتر مورد شکار غیرمجاز قرار می‌گیرند.

پارک ملی گلستان اولین پارک ملی ایران بود که در سال ۱۳۵4 در فهرست میراث جهانی یونسکو به عنوان یکی از ۵۰ ذخیره‌گاه زیست‌ محیطی کره زمین به ثبت رسید. بعد از پیروزی انقلاب در بهمن ۱۳۵۷ دو منطقه قرخود و آلمه مجددا از یکدیگر جدا شدند و پارک فعلی به پارک ملی گلستان تغییر نام داد.

نقاط دیدنی منطقه پارک ملی گلستان شامل بلندترین آبشار فصلی (اوچر) با ارتفاع ۱۱۰ متر در فصل بهار، بیلی کوه یکی از قله‌های زیبای پارک با چشم‏‌اندازی از دیوارهای صخره‌ای قورغون، سلوکلی؛ بزرگ‌ترین تالاب طبیعی در ارتفاع ۱۳۵۸ متری پارک، سلطان هبی، دره‌های آلمه، آق سو، سوار باغی، آلی دالی، آدام چاغران، آدنسد، جمشید آباد، قرنگی جنگل، قزقلعه و آلو باغ، کرکولی، خشک و نگارنده، میرزا بایلو و شارلق است.