อุทยานแห่งชาติดอยขุนตาลมีพื้นที่ครอบคลุมอยู่ในพื้นที่อำเภอแม่ทา จังหวัดลำพูน และอำเภอห้างฉัตร อำเภอเมือง จังหวัดลำปาง สภาพพื้นที่เป็นป่าอุดมสมบูรณ์ไปด้วยพันธุ์ไม้นานาชนิด เป็นแหล่งต้นน้ำ ลำธาร ซึ่งเป็นบรรยากาศที่เงียบสงบ และอุโมงค์ขุนตาลซึ่งเป็นอุโมงค์รถไฟที่ยาวที่สุดในประเทศไทย สร้างโดยชาวเยอรมัน มีเนื้อที่ประมาณ 255.29 ตารางกิโลเมตร หรือ 159,556.25 ไร่ ได้ประการจัดตั้งเป็น "อุทยานแห่งชาติดอยขุนตาล" เมื่อวันที่ 5 มีนาคม 2518
ลักษณะภูมิประเทศอุทยานแห่งชาติดอยขุนตาล ตั้งอยู่บริเวณเทือกเขาขุนตาลซึ่งเป็นเทือกเขาที่แบ่งระหว่างที่ราบลุ่มเชียงใหม่และที่ราบลุ่มลำปาง เป็นเทือกเขาสูงชันสลับซับซ้อน สูงจากระดับน้ำทะเลปานกลางประมาณ 325-1,373 เมตร จุดสูงสุดในเขตอุทยานแห่งชาติได้แก่ ดอยขุนตาล มีที่ราบอยู่เพียงเล็กน้อยอยู่ทางด้านทิศตะวันตกเฉียงเหนือ ทิศตะวันตก และทิศตะวันออกเฉียงใต้ของอุทยานแห่งชาติ เป็นแหล่งต้นน้ำส่วนหนึ่งของแม่น้ำปิงซึ่งอยู่ทางด้านตะวันตกของพื้นที่ และแม่น้ำวังซึ่งอยู่ทางด้านตะวันออกของเขตอุทยานแห่งชาติ ลำน้ำที่ไหลลงสู่แม่น้ำวังได้แก่ น้ำแม่ค่อม น้ำแม่ต๋ำ น้ำแม่ไพร เป็นต้น ส่วนที่ไหลลงสู่น้ำแม่ทาและออกสู่แม่น้ำปิงในที่สุด ได้แก่ ห้วยแม่ป่าข่า ห้วยแม่ยอนหวายหลวง ห้วยทุ่งไผ่ ห้วยสองท่า ห้วยแม่โฮ่งห่าง เป็นต้น
ลักษณะภูมิอากาศพื้นที่อุทยานแห่งชาติดอยขุนตาลตั้งอยู่ภาคเหนือของประเทศ ได้รับอิทธิพลของลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ซึ่งพัดมาจากมหาสมุทรอินเดีย และลมมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือที่พัดมาจากผืนแผ่นดินใหญ่ของประเทศจีน ทำให้เกิดฤดูกาล 3 ฤดู คือ ฤดูฝน ซึ่งเป็นช่วงที่ลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้พัดผ่าน เริ่มตั้งแต่เดือนพฤษภาคมจนถึงเดือนตุลาคม ปริมาณน้ำฝนเฉลี่ยรายปีอยู่ในช่วง 1,050-1,290 มิลลิเมตร และต่อด้วยฤดูหนาว ซึ่งอยู่ในช่วงลมมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือ ตั้งแต่เดือนพฤศจิกายนถึงเดือนกุมภาพันธ์ และในช่วงเปลี่ยนฤดูมรสุม ตั้งแต่เดือนมีนาคมถึงเดือนเมษายน จะเป็นฤดูร้อน ซึ่งอากาศจะร้อนอบอ้าวก่อนที่จะเริ่มฤดูฝนต่อไปในเดือนพฤษภาคม อุณหภูมิเฉลี่ยตลอดปี 26 องศาเซลเซียส เฉลี่ยต่ำสุดในเดือนธันวาคม และสูงสุดในช่วงเดือนเมษายน
พันธุ์ไม้และสัตว์ป่าสังคมพืชของอุทยานแห่งชาติดอยขุนตาลสามารถจำแนกออกได้เป็น ป่าดิบแล้ง ขึ้นครอบคลุมพื้นที่ที่มีความชื้นค่อนข้างสูง โดยเฉพาะตามหุบเขาหรือร่องห้วย เช่น หุบเขาแม่ตาลน้อย ห้วยแม่ไพร ห้วยแม่เฟือง ห้วยแม่ออน ห้วยหลวง และห้วยแม่ค่อม โดยมีระดับความสูงจากน้ำทะเลเฉลี่ย 500-1,000 เมตร ชนิดไม้ที่พบได้แก่ โพบาย ยาง ตะคร้ำ สัตตบรรณ ตะเคียน ยมหอม มะหาด มะม่วงป่า กระท้อน พระเจ้าห้าพระองค์ ฯลฯ พืชพื้นล่างได้แก่ หวาย พืชในวงศ์ขิงข่า ผักกูด ผักหนาม และเฟิน เป็นต้น ป่าดิบเขา ขึ้นปกคลุมพื้นที่ที่มีระดับความสูงจากระดับน้ำทะเลตั้งแต่ 1,000 เมตรขึ้นไป ชนิดไม้ที่พบได้แก่ ก่อเดือย ก่อแป้น ก่อหัวหมู ก่อน้ำ มะก่อ ทะโล้ จำปาป่า แหลบุก สารภีป่า รักขาว ลำพูป่า ฯลฯ ป่าสนเขา พบกระจายเป็นหย่อมเล็กๆ บริเวณ ย.2 ย.3 และ ย.4 ป่าสนเขาในบริเวณนี้เป็นป่าที่ปลูกขึ้นมากว่า 50 ปี ชนิดสนที่พบได้แก่ สนสามใบ นอกจากนี้ยังมีไม้อื่นขึ้นปะปนได้แก่ กางขี้มอด กระพี้เขาควาย มะขามป้อม มะกอกเกลื้อน ประดู่ตะเลน อ้อยช้าง แข้งกวาง เป็นต้น ป่าเต็งรัง ขึ้นปกคลุมตามเชิงเขาโดยรอบทางทิศตะวันตกและทิศตะวันออกของอุทยานแห่งชาติ ซึ่งมีสภาพดินเป็นกรวดหรือดินลูกรัง มีความอุดมสมบูรณ์ต่ำ ชนิดไม้ที่พบได้แก่ พลวง เหียง รักใหญ่ เก็ดแดง กาสามปีก รกฟ้า ฯลฯ พืชพื้นล่างได้แก่ เป้งเขา และหญ้าชนิดต่างๆ ป่าเบญจพรรณ เป็นป่าที่ขึ้นระหว่างป่าเต็งรังและป่าดงดิบบริเวณเชิงเขาทั้งทางด้านตะวันตกและตะวันออกของอุทยานแห่งชาติ มีไผ่ซางขึ้นอยู่อย่างหนาแน่น ชนิดไม้ที่พบได้แก่ มะเกลือเลือด แดง มะกอกเกลื้อน สมอพิเภก ตะแบกแดง และงิ้วป่า เป็นต้น สัตว์ป่าที่อาศัยอยู่ในบริเวณนี้ประกอบด้วย เก้ง หมูป่า ชะมดแผงหางปล้อง อ้นเล็ก กระแตเหนือ กระรอกท้องแดง กระเล็นขนปลายหูสั้น กระจ้อน ค้างคาวขอบหูขาวกลาง หนูท้องขาว ไก่ป่า นกยางกรอกพันธุ์จีน นกยางไฟหัวน้ำตาล นกคุ่มอกลาย นกปากซ่อมหางพัด นกชายเลนน้ำจืด นกเด้าดิน นกเขาไฟ นกอีวาบตั๊กแตนนกบั้งรอกใหญ่ นกกระปูดใหญ่ นกเค้ากู่ นกแอ่นตาล นกกะเต็นน้อย นกจาบคาเล็ก นกตะขาบทุ่ง นกตีทอง นกเด้าลมเหลือง นกเขนน้อยปีกแถบขาว นกขมิ้นน้อยสวน นกเขียวก้านตองปีกสีฟ้า นกปรอดเหลืองหัวจุก นกไต่ไม้หน้าผากกำมะหยี่ นกกินปลีอกเหลือง จิ้งจกหางแบน กิ้งก่าบินปีกสีส้ม จิ้งเหลนหลากหลาย ตะกวด งูลายสอสวน งูเขียวหางไหม้ท้องเขียว คางคกบ้าน กบหนอง และอึ่งข้างดำ เป็นต้น
ตามยอดเขาสูงของอุทยานแห่งชาติดอยขุนตาล เป็นจุดเด่นที่เหมาะสำหรับการเดินศึกษาธรรมชาติ ชมทิวทัศน์ การพักค้างแรม เนื่องจากในสมัยสงครามโลกครั้งที่ 2 ดอยขุนตาลเป็นดอยยุทธศาสตร์ที่สำคัญ และมีการใช้พื้นที่ตามจุดเหล่านี้เป็นจุดยุทธศาสตร์ สำหรับการปฏิบัติการทางทหาร มีจุดยุทธศาสตร์อยู่ด้วยกัย 4 จุด ปัจจุบันรู้จักกันในนามของ ย.1 ย.2 ย.3 และ ย.4 ซึ่งย่อมาจากคำว่า จุดยุทธศาสตร์ที่ 1 4 นั้นเอง นอกจากนี้ ยังมีแหล่งท่องเที่ยวอื่นๆ ด้วย
แยกจากทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 11 (ลำปาง-เชียงใหม่) บริเวณ กม.ที่ 15-16 เลี้ยวขวา (บริเวณใกล้อำเภอห้างฉัตร จังหวัดลำปาง) ระยะทาง 28 กิโลเมตร ถึงที่ทำการอุทยานแห่งชาติ เดินทางตามทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 11 แยกขวาระหว่าง กม. 46-47 (บริเวณอำเภอแม่ทา จังหวัดลำพูน) เป็นทางลาดยางระยะทางประมาณ 18 กิโลเมตร ก็จะถึงที่ทำการอุทยานแห่งชาติ
ตามเส้นทางรถไฟสายเหนือ โดยลงที่สถานีขุนตาลแล้วเดินประมาณ 1.3 กิโลเมตร ก็จะถึงที่ทำการอุทยานแห่งชาติดอยขุนตาล
