Se localiza en la parte oriental del Sistema Central y se extiende por las cumbres de la Sierra de Guadarrama, ocupando una superficie de 33.960 hectáreas, de las cuales casi el 64% corresponde a la Comunidad Autónoma de Madrid y algo más del 36% restante pertenece a Segovia, en la Comunidad Autónoma de Castilla y León.
El pico Peñalara, con sus 2.428 msnm, es la cima de mayor altitud, y junto con otras cuatro cumbres aledañas, de más de 2.271 m, conforma la cresta del llamativo Macizo de Peñalara, que se prolonga desde el Puerto de Los Cotos, en dirección N-NE, hasta el Collado del Camino del Nevero.
La vegetación del parque está compuesta por formaciones arbustivas de alta montaña, pastizales y bosques de pino silvestre que sólo se dan en las zonas más bajas.
En las partes más altas predominan las praderas alpinas y los roquedales. Algunas especies animales que habitan este paraje son el buitre negro, el águila imperial, pequeños mamíferos y anfibios en las lagunas.
Al parque se accede por varios caminos que salen del puerto de Los Cotos, “Centro de Visitantes Peñalara”. En el espacio natural, muy visitado en días festivos, se puede practicar el senderismo, la escalada y el esquí de fondo durante el invierno.