Der Naturpark befindet sich im östlichen Teil der Region Trentino, zwischen den Tälern Fiemme und Fassa im Norden, mit den Wildbächen Cismon im Süden und Del Vanoi im Westen. Mit einer Oberfläche von 197 qkm umfasst der Naturpark drei wichtige geographische Landschaftseinheiten: Den großen Fichtenwald, das Dolomitenmassiv Pale di San Martino, das sich im Osten bis zur Region Venetien erstreckt, sowie den östlichen Teil der Lagorai-Porphyrkette. Um das Parkgebiet bestmöglich zu verwalten, wurde es in verschiedene Zonen (die sogenannten RESERVATE) mit unterschiedlichem Schutzgrad aufgeteilt, die sich je nach Funktion und sozialer oder wirtschaftlicher Entwicklung unterscheiden. Die Parkplanung, grundlegendes Mittel zur Planung und Verwaltung des Parks, das im Jahr 1996 definitiv angenommen wurde, bestimmt Größe und Grenzen dieser Zonen.
Sie sind in folgende Kategorien unterteilt:
Es handelt sich um einen großen Fichtenwald (2700 ha zwischen 1500 und 2000 m ü.d.M. im nördlichen Teil des Naturparks), der seit Jahrhunderten mit weitblickenden Produktions- und Umweltschutzmaßnahmen verwaltet wurde. Derart geräumige und gut strukturierte, ökologisch komplexe Nadelwälder mit Bäumen solcher Dimensionen (manche sind über 40 m hoch) sind in Europa selten. Doch dieser Wald ist auch aus einem weiteren Grund europaweit bekannt. Er wird nämlich von den berühmtesten Geigenbauern aufgesucht und folglich „Geigenwald" (Foresta dei Violini) genannt. Faser und Merkmale seiner Haselfichten sind für den Bau von Musikinstrumenten ganz besonders geeignet. Einige Aspekte dieses Waldgebiets werden seit Jahren intensiv erforscht, wie beispielsweise die negativen Einflüsse der Huftiere auf die Waldverjüngung und auf Ökologie und Wachstum des Fichtenwaldes. Ab diesem Jahr wird außerdem eine spezifische Studie über das Klangholz der Fichten von Paneveggio durchgeführt.
Über ein Viertel des Gesamtterritoriums ist vom spektakulärsten Naturelement des Parks gekennzeichnet, nämlich dem imposanten Dolomitenmassiv von Pale di San Martino. Hierbei handelt es sich um eine weite Hochebene aus Geröll, auf einer Höhe von 2600 m, ein Zeugnis der tropischen Meere und Korallenriffe, welche hier vor 250 Mio. Jahren vorzufinden waren. Im ganzen Gebiet Primiero und in San Martino di Castrozza, bis hin zu den Pässen Rolle und Valles bildet das Massiv eine unvergessliche Szene, die ihre Farben je nach Licht ändert, und zwar von hellgrau, typisch für den Dolomit, bis hin zum rosaroten Tagesanbruch oder tieforangem Sonnenuntergang. Die höchsten Gipfel sind Vezzana (3192 m) und Cimon de la Pala (3194). Im Westen, diesen weißen Gipfeln gegenüber, erheben sich die Ausläufer der Lagorai-Kette mit ihren glatten schwarzen, rötlichen oder grünlichen Felswänden. Sie sind Zeugnisse antiker, gewaltiger Vulkanausbrüche vor ca. 300 Mio. Jahren. Das zauberhafte und noch wenig bekannte Vanoi-Tal dringt in die noch wilden Gebiete dieser Kette ein.
Der Park bietet aber noch viel mehr. Ein wichtiges Element seiner vielfältigen Landschaft sind die Wiesen (über 1500 ha), auf denen heute noch Rinder und Schafe weiden. Sie unterbrechen den Wald und erstrecken sich bis hin zum Fuß von Felswänden und Halden. Einige Seen, Überreste einstiger Gletscher, sind überall im Park zu finden und färben Felslandschaft und Alpwiesen hellblau. Die Wildbäche setzen ihre Gestaltung der Landschaft fort. Sie bilden Schluchten und lagern Schutt und Geröll in den Flussbetten ab. In niedriger Höhe kommen Laubmischwälder und Nadelwälder dem Fichtenwald von Paneveggio hinzu. An der Grenze der Baumvegetation, wo die ökologischen Bedingungen extrem werden, wachsen spärlich Lärchen und Zirbelkiefern, allerdings mit üppigem Unterholz. Sie stellen einen reichen Naturraum dar. Interessant sind auch einige kleine Feuchtgebiete, Feuchtwiesen und Torfmoore, bei denen seltene Pflanzenarten gedeihen.
Die Vielfalt an Naturräumen, geographischen Einheiten, geologischen und pedologischen Unterschichten hat viele Naturräume mit besonderen Tier- und Pflanzenarten geschaffen. Im Fichtenwald, wo nur eine einzige Baumart wächst, ist das Unterholz relativ unterentwickelt. Die Baumarten, die sich in niedriger Höhe miteinander vermischen, sind sehr selten. In den Wäldern des Canali-Tals herrscht die Buche vor, aber Fichten, Weißtannen, Bergarhorne, Eiben, Traubeneichen, Eschen, Zitterpappel, Dählen, Weißerlen, Vogelbeerbäume bestehen neben ihr. Unterschiedliche Straucharten wachsen im Unterholz und am Waldrand, darunter: Mehlbeere, Haselnussstrauch, Geissblattgewächse, schwarzer und roter Holunder, Hartriegel, Blut-Fingerhirse, Weißdorn, Sauerdorn und Salweide. In höherer Lage, wo Lärchen und Zirbelkiefer vorherrschen, leben auch Weiden, Vaccinien, Rhododendron, Alpenerle, Legföhre, Wacholder und Heidekraut. Das Parkgebiet ist aber auch reich an Blumenarten; die hiesigen Orchideen umfassen zum Besipiel auch seltene Arten, die für Feuchtgebiete typisch und ansonsten so gut wie ausgestorben sind.
Auch wenn ein Jagdrevier im Wald von Paneveggio schon seit 1930 existiert, sind einige große Säugetiere, wie überall im Alpenraum, gegen Ende des letzten Jahrhunderts ausgestorben. Es handelt sich vor allem um Raubtiere, wie Braunbär, Luchs, Geier und Steinadler, aber auch Pflanzenfresser, wie z.B. Steinbock, Hirsch und Reh sowie Nagetiere wie das Murmeltier. Dank der neuen Schutzmaßnahmen und Wiederansiedlungsprojekte, die vor allem das Murmeltier und den Hirschen betreffen, kann man den Pfiff des Murmeltieres auf den Alpenwiesen wieder hören oder Hirsche, Rehe, Gämsen und Steinadler sichten. Konstant ist der Bestand der Raufußhühner im Park, darunter Birkhuhn, Auerhahn, Alpenschneehuhn und Haselhuhn. Im Wald ist die Anzahl der Vogelarten beeindruckend. Einige Beispiele für die Bewohner dieser zauberhaften Welt sind Dreizehenspecht, Schwarzspecht, Sperlingskauz, Rauhfußkauz, Habicht und Uhu. Auf den Felsen, Geröllhalden und Alpwiesen hingegen leben Mauerläufer, Kolkrabe, Schneefink, Steinschmätzer und Alpendohle. Unter den Säugetieren findet man Schneehase, Fuchs, Hermelin, Mauswiesel, Dachs, Marder, Siebenschläfer, Eichhörnchen und noch andere kleinere Säugetiere wie beispielsweise die Haselmaus, Waldspitzmaus und Feldmaus. Diese spielen eine wesentliche Rolle für Harmonie und Gleichgewicht in den unterschiedlichen Naturräumen des Parks, besonders dort, wo diese Harmonie gestört worden war und jetzt neu hergestellt werden will. Ein Beispiel hierfür ist der Luchs, welcher seit einigen Jahren in den Gebieten des Parks und um den Park herum lebt.
Die ersten Zeugnisse der menschlichen Präsenz im Parkgebiet stammen aus uralten Zeiten. Dank der Studien des Tridentinischen Museums der Naturwisenschaften, wurden Spuren von Menschengruppen in der Umgebung der kleinen Colbricon-Seen, Malga Rolle und im Gebiet zwischen Piano dei Tiri und Buca Ferrari gefunden. Diese Spuren stammen aus dem 7. und aus der ersten Hälfte des 6. Jahrhunderts vor Christi Geburt. Diese Spuren wurden von mutigen Jägern aus der Mittelsteinzeit hinterlassen. Bei der Jagd drangen sie nämlich von den weiten Alpentälern bis auf die hiesigen Berge vor.
Die Verbreitung der Viehzucht in den folgenden Jahrhunderten hat die Alpenwelt stark geprägt. Die durch Abholzung gewonnenen Weiden und Almen, die erst in jüngster Vergangenheit entstanden sind, stellen gute Beispiele dieser antiken Tradition dar.
Im Lauf des ersten Weltkrieges wurden diese Berge übrigens zum Schauplatz dramatischer Ereignisse. Vier Jahre lang haben die österreichisch-ungarischen und italienischen Truppen hier in einer Reihe blutiger Schlachten gekämpft. Heute bestehen noch viele Spuren jener tragischen Tage, z.B. sind eine Linie aus den Überresten der Schützengräben, Drahtverhau und Stellungen, die Pale di San Martino mit den Lagorai-Gipfeln über dem Rolle-Pass verbanden, vorhanden.
Das Gebiet des Naturparks Paneveggio Pale di San Martino zeichnet sich in geologischer Hinsicht durch eine größere Vielfalt an Unterschichten aus. Die sedimentären Gesteine treten auf der orografisch linken Seite des Wildbachs Cismon zutage; während die vulkanischen und metamorphen Gesteine aus dem Paläozoikum in dem westlichen Gebiet des Parks zutage treten.