อุทยานแห่งชาติแม่วงก์ มีพื้นที่ครอบคลุมท้องที่อำเภอปางศิลาทอง จังหวัดกำแพงเพชร และอำเภอแม่วงก์ และกิ่งอำเภอแม่เปิน จังหวัดนครสวรรค์ พื้นที่ส่วนใหญ่เป็นแหล่งกำเนิดต้นน้ำลำธาร ตามเทือกเขาสูงชันก่อกำเนิดเป็นน้ำตกที่สวยงาม 4-5 แห่ง และยังเป็นต้นกำเนิดของลำน้ำแม่วงก์ที่สำคัญของจังหวัดนครสวรรค์ นอกจากนี้ยังมีแก่งหินที่ทำให้เกิดน้ำตกเล็กๆ ตามแก่งหินนี้ ตลอดจนมีหน้าผาที่สวยงามตามธรรมชาติ มีเนื้อที่ประมาณ 558.750 ไร่ หรือ 894 ตารางกิโลเมตร

อุทยานแห่งชาติแม่วงก์มีสภาพภูมิประเทศเป็นเทือกเขาสูงสลับซับซ้อนเรียงรายกันอยู่ตามเทือกเขาถนนธงชัยลดหลั่นลงมาจนถึงพื้นราบ ประมาณ 40-50 ลูก ยอดที่สูงที่สุดคือ “ยอดเขาโมโกจู” สูงจากระดับน้ำทะเลประมาณ 1,964 เมตร เป็นแหล่งต้นน้ำลำธารต้นกำเนิดของลำน้ำแม่วงก์ ส่วนพื้นที่ราบมีไม่มาก ส่วนใหญ่อยู่บริเวณริมแม่น้ำ และเป็นแหล่งแร่ธาตุสำคัญ เช่น แร่ไมก้า

สภาพภูมิอากาศของอุทยานแห่งชาติแม่วงก์ ในช่วงฤดูหนาวเริ่มตั้งแต่เดือนพฤศจิกายน – เดือนกุมภาพันธ์ เป็นช่วงที่เหมาะแก่การไปท่องเที่ยวมากที่สุด เพราะอากาศค่อนข้างหนาวเย็น อันเนื่องมาจากลิ่มความกดอากาศสูงมาจากประเทศจีนแผ่ลงมาทางตอนใต้เข้าสู่ประเทศไทยตอนบนและปกคลุมทั่วประเทศ ลมที่พัดสู่ประเทศไทยในฤดูนี้คือ ลมมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือ ส่วนช่วงฤดูร้อนเริ่มต้นจากเดือนมีนาคม – เดือนพฤษภาคม อากาศค่อนข้างร้อนจัดและมีฝนตกน้อย ทำให้สังคมพืชป่าเต็งรังและป่าเบญจพรรณผลัดใบ สำหรับฤดูฝนเริ่มตั้งแต่เดือนมิถุนายน – เดือนตุลาคม มีปริมาณน้ำฝนโดยเฉลี่ย 1,100 มิลลิเมตรต่อปี