ลักษณะภูมิประเทศสภาพภูมิประเทศโดยทั่วไปเป็นเทือกเขาสลับซับซ้อน ประกอบด้วยยอดภูเขาที่สำคัญคือ ภูแผงม้า ภูขี้เถ้า ภูลมโล ภูหินร่องกล้า โดยมีภูลมโลเป็นยอดเขาที่สูงที่สุด สูงประมาณ 1 ,664 เมตรจากระดับน้ำทะเล เทือกเขาเหล่านี้จะมีความสูงลดหลั่นลงไปจากด้านทิศตะวันออกไปทางทิศตะวันตก และ เป็นแหล่งกำเนิดของแม่น้ำลำธารหลายสาย เช่น ห้วยลำน้ำไซ ห้วยน้ำขมึน ห้วยออมสิงห์ ห้วยเหมือดโดน และห้วยหลวงใหญ่
ลักษณะภูมิอากาศภูหินร่องกล้ามีสภาพภูมิอากาศคล้ายภูกระดึงและภูหลวงเนื่องจากมีความสูงไล่เลี่ยกันอากาศจะหนาวเย็นเกือบตลอดปี โดยเฉพาะในฤดูหนาวอุณหภูมิจะต่ำมากประมาณ 0-4 องศาเซลเซียส มีหมอกคลุมทั่วบริเวณ ส่วนฤดูร้อนอากาศจะเย็นสบายฝนตกชุกในฤดูฝน อุณหภูมิเฉลี่ยทั้งปี ประมาณ 18-25 องศาเซลเซียส
พันธุ์ไม้และสัตว์ป่าอุทยานแห่งชาติภูหินร่องกล้า ปกคลุมไปด้วยป่าไม้ 3 ชนิด คือ ป่าเต็งรัง ป่าดิบเขา และป่าสนเขา ป่าเต็งรังเป็นป่าที่ขึ้นในพื้นที่ระดับต่ำบริเวณเชิงเขา พื้นที่เป็นดินที่ขาดความอุดมสมบูรณ์และค่อนข้างแห้งแล้ง พันธุ์ไม้ที่พบได้แก่ เต็ง รัง พยอม เหียง ตะคร้อ พลวง ฯลฯ ส่วนป่าดิบเขาจะขึ้นในบริเวณเขาสูง ซึ่งมีปริมาณน้ำฝนค่อนข้างมาก อากาศชื้น เป็นป่ารกทึบ พันธุ์ไม้ที่พบเห็นทั่วไป ได้แก่ ก่อเดือย ก่อหัวหมู อบเชย ทะโล้ ส่วนไม้พื้นล่าง ได้แก่ หวาย ปาล์มชนิดต่าง ๆ สำหรับ ป่าสนเขาเป็นป่าบนที่ราบหลังภู มีสนสองใบและสนสามใบขึ้นปะปนกัน ส่วนใหญ่เป็นสนสองใบ บางแห่งอยู่รวมกันเป็นป่าสนกว้างใหญ่ นอกจากนี้ยังพบกล้วยไม้ป่าดอกไม้ป่าหลายชนิดขึ้นอยู่ตามลานหิน เช่น ม้าวิ่ง เอื้องตาหิน เอื้องคำหิน เอื้องสายสามสี ช้องนางคลี่ เหง้าน้ำทิพย์ กุหลาบขาว กุหลาบแดง ฟองหิน รวมทั้งมอส เฟิร์น ไลเคนล์ และตะไคร่ชนิดต่างๆซึ่งในช่วงปลายฤดูฝนต่อฤดูหนาวดอกไม้ป่าเหล่านี้จะออกดอกบานสะพรั่งมีสีสันงดงาม ในอดีตภูหินร่องกล้า เคยมีสัตว์ป่าหลายชนิด เช่น เสือ กวาง เก้ง กระจง นกชนิดต่าง ๆ ครั้นต่อมาเมื่อกลายเป็นแหล่งอาศัยของคนจำนวนมาก และยังเคยเป็นสมรภูมิแห่งการสู้รบมาก่อน สัตว์ป่าต่าง ๆ จึงถูกล่าเป็นอาหาร ในปัจจุบันเหตุการณ์ต่าง ๆ สงบลง จึงมีสัตว์ป่าขนาดใหญ่ เช่น เสือ เก้ง กระจง หมี และนกหลายชนิดเข้ามาอาศัยอยู่มากขึ้น
อุทยานแห่งชาติภูหินร่องกล้า ครอบคลุมพื้นที่อำเภอด่านซ้าย จังหวัดเลยและอำเภอนครไทย จังหวัดพิษณุโลก มีรูปแบบการท่องเที่ยวเป็นการพักผ่อนในธรรมชาติที่มีอากาศเย็นสบายตลอดทั้งปี โดยสามารถเดินศึกษาธรรมชาติในเส้นทางสู่โลกที่สาม ซึ่งมีสถานที่สำคัญทางประวัติศาสตร์ทางด้านการสู้รบระหว่างพรรคคอมมิวนิสต์แห่งประเทศไทยกับทหารฝ่ายรัฐบาล เช่น สำนักอำนาจรัฐ ผาชูธง ลานหินปุ่ม เป็นต้น เส้นทางมีลักษณะเดินเป็นวงรอบ มีดอกไม้ป่าสวยงามผลิดอกบานในฤดูฝน และชมความงามของดอกกุหลาบขาว ซึ่งจะบานพร้อมกันในช่วงเดือนมีนาคม ถึงเมษายน บริเวณลานหินปุ่ม และลานหินแตก นอกนี้ยังเหมาะสำหรับผู้ที่สนใจด้านธรณีวิทยา เนื่องจากมีลักษณะที่สวยงามแปลกตาของลานหิน สำหรับการเดินเท้าไปชมน้ำตกหมันแดง ก็เป็นอีกประสพการณ์หนึ่งในการผจญภัยในป่าเขตร้อน โดยใช้เวลา 1 วันเต็ม นอกจากนี้ยังมีแหล่งท่องเที่ยวที่น่าสนใจ ได้แก่
จากตัวเมืองพิษณุโลก โดยสารรถยนต์ไปตามเส้นทางพิษณุโลก - หล่มสัก ระยะทางประมาณ 68 กิโลเมตร ถึงสามแยกบ้านแยง เลี้ยวขวาเข้าสู่อำเภอนครไทย เป็นระยะทาง 29 กิโลเมตร จากนั้นเดินทางต่อโดยรถสองแถว อีกประมาณ 31 กิโลเมตร จะถึงหน่วยบริการนักท่องเที่ยวและที่ทำการอุทยานแห่งชาติภูหินร่องกล้า จากเมืองเพชรบูรณ์ไปอำเภอหล่มสัก อำเภอหล่มเก่า บ้านวังบาน บ้านโจ๊ะโหวะ จนถึงที่ทำการอุทยานแห่งชาติภูหินร่องกล้า ระยะทางประมาณ 115 กิโลเมตร
