Mərkəzi Anadolu və Qara dəniz regionları arasındakı keçid zonasında yerləşən Ilqaz dağının ərazi quruluşu ümumiyyətlə serpentinit, şist və vulkanik süxurlarla xarakterizə olunur. Türkiyənin ən uzun və ən aktiv geoloji çatı olan Şimali Anadolu sınması Ilqaz dağının cənub ətəyindən keçir. Bölgədə müxtəlif xarakterli dərələr, yamaclar və zirvələr var. Əlavə olaraq, bölgə yüksək səviyyəli landşaft ixtisası olan geomorfoloji quruluşa malikdir.

Milli park, qərb Qara dəniz bölgəsindəki bir dağ silsiləsi olan Ilgaz dağlarında. Dağlar şimaldan Gökırmak çayı və cənubdan Devrez dərəsi ilə həmsərhəddir və iki çay hövzəsi arasında hidroqrafik sərhəd rolunu oynayır. Gökırmak çayı Ilqaz dağlarının şimal yamaclarından başlayır və qərb-şərq istiqamətində axaraq Qızılırmak çayına birləşir.

Milli parkda orta illik istilik temperatur 9,8 °C-dir. Ən soyuq ay olan yanvarda havanın orta temperaturu −0,8 °C olarkən,ən isti ay olan iyulda isə temperatur 20 °C-ə qədər qalxır. Kastamonudakı meteoroloji stansiyanın verdiyi məlumatlara görə bölgəyə düşən orta illik yağıntı miqdarı 486 millimetr (19.1 düym)-dir. Yağıntı ən çox yazda və yayın əvvəllərində yağır. Yüksək bölgələrin şimala baxan yamaclarına yağıntı nisbətən daha çox düşür. Orta Anadolu iqlimi nəticəsində yağan qar təxminən 6 ay qalır və qar örtüyünün qalınlığı yamaclarda 1 metr (3 ft 3 düym)-ə çatır.

Milli parkın Orta Anadolu və Qara dəniz zonları arasındakı keçid bölgəsində yerləşməsi nəticəsində milli park zəngin flora və faunaya sahibdir.

Parkın ümumi ərazisinin 81,7%-ni meşələr əhatə edir. Şimal yamaclarının aşağı yüksəklikləri əsasən Avstriya palıdı (Quercus cerris), Avstriya şamı (Pinus nigra) və ağ şam (Abies) meşələri ilə örtülmüşdür. 1,000–1,300 metr (3,300–4,300 ft) arasındakı yüksəkliklərdə vələs (Carpinus) və fıstıq (Fagus) kimi enliyarpaqlı ağaclar dominantdır. Daha yüksəkdə, 1,500 metr (4,900 ft) və yuxarısında Türk şamı (Pinus brutia) və adi şamı (Pinus sylvestris) tam və ya qarışıq meşələr yaradır. Bu zona Şimali Türkiyədə tapılan endemik flora ilə zəngindir. 2,000–2,200 metr (6,600–7,200 ft) yüksəkliklərdən başlayan alp zonası cırtdan kolların əmələ gətirdiyi nadir və endemik bitki örtüyündən ibarətdir. Ən yüksək zirvə olan Küçükhacettepe və Büyükhacettepe zirvəsində çoxsaylı nadir və endemik növlərə rast gəlinir.

Ilqaz dağlarında və ətrafında 30-a yaxın məməli növünün mövcud olduğu düşünülür. Bolsulu və il boyu davam edən axınlar və zəngin bitki örtüyü maral (Cervidae), cüyür (Capreolus capreolus), çöldonuzu (Sus scrofa), canavar (Canis lupus), qonur ayı (Ursus arctos), tülkü (Vulpes vulpes), çöl pişiyi (Felis silvestris), vaşaq, meşəsi dələsi (martes martes), daşlıq dələsi (martes foina) gəlincik, adadovşanı, sincab, yarasa, porsuq (Meles meles) və adi susamuru (Lutra lutra). Tədqiqatlar milli parkda və ətrafında 617 növün mövcud olduğunu göstərmişdir.

Ilqaz Dağı Milli Parkı gündəlik fəaliyyətlərlə yanaşı, gəzinti və düşərgə də daxil olmaqla müxtəlif açıq hava idman növləri üçün imkanlar təklif edir. Ziyarətçilər il ərzində eyni ərazidəki balıq pitomnikindən alabalıq ala bilərlər.

Milli parkın digər bir vacib xüsusiyyəti də 1990-cı illərdən bəri bu ərazidə nümayiş etdirilən qış idman növləri üçün potensialıdır. Ərazidəki xizək kurortu İstanbul və Ankaradan gələnləri özünə cəlb edir.