อุทยานแห่งชาติน้ำตกหงาวมีเทือกเขาสลับซับซ้อนและมีที่ราบน้อยมาก ยอดเขาที่สูงที่สุดคือยอดเขานมสาว สูง 1,089 เมตร นอกจากนี้ อุทยานยังเป็นพื้นที่ต้นน้ำของลำธารที่สำคัญ เช่น แม่น้ำสวี แม่น้ำตะโก และแม่น้ำหลังสวนในจังหวัดชุมพร และแม่น้ำบางริ้นในจังหวัดระนอง ดินส่วนใหญ่เป็นดินร่วนและดินเหนียวแดง บริเวณที่เป็นภูเขาสูงหรือมีความลาดชันมีความเสี่ยงต่อการเกิดดินเลื่อนไหลสูง

สภาพป่าในอุทยานเป็นป่าดิบชื้นร้อยละ 99.8 และเป็นป่าหญ้าบริเวณยอดเขาน้ำตกหงาว คิดเป็นร้อยละ 0.2 ของพื้นที่ทั้งหมด นอกจากนี้ อุทยานยังเป็นที่อยู่อาศัยของสัตว์เฉพาะถิ่นอย่างปูเจ้าฟ้า ซึ่งถูกพบครั้งแรกที่อุทยานแห่งนี้[2]