การออกแบบอุทยานเฉลิมพระเกียรติฯ มีแนวคิดหลักคือ "น้ำคือชีวิต จากนภา ผ่านภูผา สู่นที" โดยมีการประยุกต์ใช้องค์ความรู้เรื่องน้ำ และป่า รวมถึงเน้นออกแบบให้มีความเกี่ยวข้องกับพระบาทสมเด็จพระมหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร ในหลาย ๆ อย่าง และเน้นเลข ๙ ไทยเป็นหลัก เช่น บ่อน้ำและสะพานรูปเลข ๙ ไทย ส่วนพื้นที่อื่น ๆ ในอุทยานก็จำลองมาจากโครงการอันเนื่องมาจากพระราชดำริ[3] และพื้นที่ลานรูปไข่บริเวณจุดศูนย์กลางของอุทยาน เป็นที่ประดิษฐานพระบรมราชานุสาวรีย์พระบาทสมเด็จพระมหาภูมิพลอดุลยเดชมหาราช บรมนาถบพิตร ซึ่งถือเป็นจุดหลักสำคัญของอุทยานแห่งนี้[6][4] รวมถึงยังสามารถใช้เป็นแก้มลิงเชื่อมระหว่างคลองผดุงกรุงเกษม คลองเปรมประชากร และคลองสามเสนได้อีกด้วย[7] นอกจากนี้ยังมีลู่วิ่ง ทางจักรยาน ลานกิจกรรม อุปกรณ์ออกกำลังกาย พื้นที่ริมน้ำ และสิ่งอำนวยความสะดวก เพื่อรองรับการใช้งานของประชาชนในทุกรูปแบบ[3]