Il parco comprende i due versanti opposti del monte Marguareis (2651 m), la cima più elevata e affascinante delle Alpi Liguri, con le due vallate del Pesio e dell'Alto Tanaro, assai diverse e ricche di storia, monumenti e paesaggi.
Ospita il più importante sistema carsico alpino del Piemonte, con oltre 150 km di grotte esplorate, che raggiungono i 1.000 metri di profondità.
Il paesaggio è caratterizzato da ampi boschi di abete bianco, faggio e larice. La Valle Pesio, per la sua posizione geografica ed il suo clima, può vantare un'eccezionale varietà di specie floristiche (circa 1500) con la coesistenza di specie alpine continentali e mediterranee, tra le quali spiccano il Cypripedium calceolus, la Saxifraga cernua, il Phyteuma cordatum e la Viola pinnata.
Dal punto di vista faunistico l'area ospita le tipiche specie alpine. Da segnalare la reintroduzione del capriolo e del cervo mentre l'avifauna è maestosamente rappresentata da specie rilevanti quali l'aquila reale e il gallo forcello. Da alcuni anni, nel territorio del parco ha fatto la sua comparsa un importante predatore, il lupo.
Di grande rilevanza la presenza della Certosa di Pesio, fondata nel 1173. L'arrivo dei Certosini ha caratterizzato l'intera vallata, sul piano culturale, ambientale e paesaggistico; grazie a un'oculata gestione del territorio e soprattutto dei boschi da parte dei monaci, è oggi possibile ammirare specie arboree ormai rare in altri ambienti.
Sul versante Tanaro, meritano sicuramente di essere visitati i nuclei abitati tradizionali di Carnino.