Bu ərazi ilk dəfə 1884-cü ildə Karkaralinsk Meşə Qoruğu kimi qorunmağa başlamışdır. 1913-cü ildə ərazidə meşə nəzarətçisinin evi kimi xidmət etmək üçün taxtadan daxma inşa edildi. Daxma o vaxtdan bəri cazibədarlığı və parkın içərisində yerləşməsi ilə məşhurlaşmışdır.

Bolşevik inqilabından əvvəl bütün keçmiş meşə bağları ordu qoşunlarına, Karkaralı kazaklarına və yerli insanlara ayrıldı. Kent və Karkaralinsk meşə kottecləri Karkaralinsk meşə xəzinədarlığının bir hissəsi və dövlət mülkiyyəti idi. Oktyabr inqilabından sonra bütün meşə sahəsi dövlət meşə fondunun bir hissəsinə çevrildi.

1947-ci ildə ərazi bir neçə inzibati dəyişikliyə məruz qaldı və Karkaralı Meşə Təsərrüfatı idarəsi təşkil edildi. 1990-cı illərin əvvəllərində milli parkın yaradılması üzərində iş başladı. 1 dekabr 1998-ci ildə Qazaxıstan milli hökuməti ərazini Karkaralı Milli Parkına çevirən fərman verdi. Milli parkın əsas məqsədi park hüdudlarındakı təbii ərazinin qorunması və bərpasıdır.

Karkaralı Milli Parkının ümumi sahəsi 90 323 hektardır və bunun 40 341 hektarı meşədir. Parkın 22 243 hektarlıq ərazisində bütün təsərrüfat fəaliyyətləri qadağandır.

Paleozoy dövründə (250-300 milyon il əvvəl) Qazaxıstanın bu ərazisi daxili dəniz idi. Su 1,2 - 2 milyon il əvvəl, qədim Paleozoy qalxanının çatladığı zaman geri çəkilmişdir. Bu zaman bölgədə Kent və Karkaralı dağları yüksəldi. Qayalar və sıldırımlar o vaxtdan bəri buradadır və min illərdir misilsiz çöl küləyi və yağıntılar süxurları misilsiz formalara salıb.

İnsanlar Karkaralı ərazisində qədim zamanlardan bəri yaşayırlar. Qədim insanlarla əlaqəli ilk arxeoloji tapıntılar Paleolit (və ya Daş) dövrünə aiddir. Tunc dövrünə aid arxeoloji sahələr daha tez-tez araşdırılmışdır. Park hüdudlarında 30-dan çox arxeoloji sahə (daş dövrü, tunc dövrü və dəmir dövrünə aid) kurqan və qədim yaşayış məntəqələri mövcuddur. Bunlardan bəziləri bu gün Qazaxıstanda kəşf edilmiş yerlər arasında ən yaxşılarıdır.

Parkda 122 növ quş yaşayır. Bu növlərdən 11-i Qazaxıstanın qorunan növlərinin Qırmızı Kitabına daxil edilmişdir. Bunlar berqut,məzar qartalı, çöl qartalı, cırtdan qartalça, ütəlgi qızılquş, adi yapalaq, qıvrımlələk qutan, qara leylək, harayçı qu quşu, qururburun və Syrrhaptes paradoxus-dur.

Bunlardan məzar qartalı, ütəlci qızılquş və qıvrımlələk qutan IUCN Qırmızı Siyahısı altında beynəlxalq səviyyədə qorunur. Parkda IUCN altında beynəlxalq səviyyədə qorunan az sayda səhra qızılquşu də var.

Park canavar, tülkü, porsuq, çöldonuzu, nəcib maral, Sibir cüyür, sığın, arxar, vaşaq və müxtəlif yarasa növləri də daxil olmaqla 45 məməli növünə ev sahibliyi edir.

Milli parkdakı arxar Qazaxıstanda yaşayan altı arxar növündən biridir. Bu növ Qazaxıstanın qorunan növlərin Qırmızı Kitabına əsasən qorunur.

Pallas pişiyi ev pişiyi boyundadır, lakin adi bir pişikdən onunla fərqlənir ki, qısa, qalın ayaqları və çox qalın tükləri olan iri bədənə sahibdir. Gözləri sarıdır və ev pişiyindən fərqli olaraq, göz bəbəkləri parlaq işığa baxarkən yuvarlaq qalırlar. Bu növ çox nadirdir, populyasiya azalmağa davam edir və yox olma ərəfəsindədir. Gizli davranışı və geniş yayılması səbəbindən bu növün dəqiq sayı bilinmir.

Parkda altı növ sürünən, iki növ suda-quruda yaşayan, həmçinin dörd növ ilan mövcuddur. Bunlardan ikisi zəhərlidir: Vipera ursinii və Gloydius halys.^{[mənbə göstərin]}

Parkda təxminən 800 növ bitki vat və bu, parkın mərkəzi Qazaxıstandakı bütün floranın 80%-nə ev sahibliyi etməsi deməkdir. Parkda mövcud olan 800-ə yaxın növdən 244-ü Qazaxıstanın Qırmızı Kitabına daxil edilmişdir.

Park ərazisindəki meşələri şam, tozağacı və söyüd ağacları təşkil edir. Parkdakı meşəlik sahənin 71,3%-i şam ağaclarıdır. Kolluqlar parkın ümumi sahəsinin 34%-ni tutur.  Karkaralı dağlarında 87 növ dərman, yağ və alkalol bitkisi var. 

1997-1998-ci illərdə quraqlıq və güclü küləklər səbəbindən Karkaralı meşəsinin 2 525 hektarı meşə yanğınları nəticəsində yanmışdır.^{[mənbə göstərin]} Yanğından sonra parkda yeni ağacların əkilməsi və meşənin əvvəlki vəziyyətinə gətirilməsi üçün çox çalışıldı.^{[mənbə göstərin]} Yanğının qarşısının alınması üçün ərazidə bəzi standartlar tətbiq edildi və ertəsi il 18 ayrı yanğından 164 hektar, 2003-cü ildə isə 84 hektar ərazi zərər gördü.^{[mənbə göstərin]}

Karkaralıda bahar martın ortalarında başlayır və mayın sonuna qədər davam edir. Bu qısa müddətdə havanın temperaturu orta hesabla 15 C-yə qədər yüksəlir. Açıq ərazilərdə qar örtüyü sürətlə əriməyə başlayır, lakin kölgəli kanyonlarda qar mayın sonuna qədər davam edə bilir. Qar əriyəndə çoxsaylı çaylar və kiçik şəlalələr yaranır, həmçinin quru çay yataqları su ilə dolur.

Karkaralidə yay iyunun əvvəllərində başlayır. Yaya ayları üçün havanın teperaturu 18 C-dir və gündüz temperatur orta hesabla 25 C-yə qədər (isti günlərdə 37 C-yə qədər) qalxa bilir. İlin ən isti ayı iyul ayıdır. Yay aylarında yağıntı əsasən leysan şəklində olur və göy gurultulu ilə müşahidə edilir. Yayın əvvəlləri bitkilərin bol çiçəklənməsi ilə xarakterizə olunur. Yayın ortalarında giləmeyvələr (çiyələk, daş giləmeyvə, moruq, çiyələk, qarağat) yetişməyə başlayır və yeməli göbələklər artır. Yaz ayları Karkaralını ziyarət etmək üçün ilin ən yaxşı vaxtı hesab olunur.

Ərazidə payız sentyabrın ortalarında başlayır və noyabrın ortalarına qədər davam edir. Sentyabr ayında havanın temperaturu düşməyə başlayır. Oktyabr ayında buludlu günlərin sayı artır və yağış yağır. Oktyabr ayının birinci yarısında orta gündəlik temperatur 10 C-dən aşağı düşür və ayın sonuna qədər bütün köçəri quşlar cənuba uçur. İlin bu vaxtında milli park ərazisində bir çox göbələk növü tapıla bilər.

Karkaralıda qış soyuq və qarlıdır. Mənfi temperatur noyabr-mart ayları arasında qeydə alınır və davamlı soyuq hava orta hesabla 135 gün davam edir. Bu dövrdə gündüz havanın temperaturu 0 C-dən yuxarı qalxmır və gecələr çox soyuq olur. Yanvar-fevral aylarında temperatur orta hesabla - 20 ilə -30 C-ə qədər düşür. Anormal soyuq illərdə temperatur - 49 C-yə qədər düşə bilər.