อุทยานแห่งชาติเขาสามร้อยยอดจัดเป็นอุทยานแห่งชาติประเภทชายฝั่งผสมผสานหมู่เกาะในทะเลแห่งแรกของไทย[ต้องการอ้างอิง] ภูมิประเทศส่วนใหญ่เป็นทิวเขาหินปูนสลับซับซ้อนเรียงรายตามแนวทิศเหนือ-ใต้ ยาวประมาณ 30 กิโลเมตร และมีเกาะน้อยใหญ่อยู่รวม 6 เกาะ เนื่องจากอุทยานแห่งชาติเขาสามร้อยยอดภูมิประเทศเป็นแบบเขาหินปูนที่ผ่านการสึกกร่อนมาเป็นเวลานานได้ก่อให้เกิดถ้ำขนาดใหญ่หลายแห่งในพื้นที่ ทั้งถ้ำพระยานคร ถ้ำแก้ว และถ้ำไทร ซึ่งล้วนมีหินงอกหินย้อยงดงาม โดยเฉพาะถ้ำพระยานครนั้นมีเพดานถ้ำทะลุเป็นปล่องใหญ่ ปล่อยให้ลำแสงสาดลงมาต้อง พระที่นั่งคูหาคฤหาสน์ซึ่งเป็นพระที่นั่งอันวิจิตรงดงามที่สร้างขึ้นในสมัยพระบาทสมเด็จพระจุลจอมเกล้าเจ้าอยู่หัวอุทยานแห่งชาติเขาสามร้อยยอดมีลักษณะโดดเด่นถึง 3 ประการ คือ ตอนกลางเป็นทิวเขาหินปูนสูงชัน ด้านตะวันตกเป็นที่ราบลุ่มน้ำท่วมขัง ส่วนทางด้านตะวันออกเป็นทุ่งตะกาดที่ติดต่อกับหาดโคลนปนทรายลงไปจดชายฝั่งทะเล ความหลากหลายของภูมิประเทศนี้เองที่เป็นตัวกำหนดความหลากหลายของสรรพชีวิต กล่าวคือพื้นที่ภูเขาหินปูนได้เป็นแหล่งรวมของพืชพรรณหายากต่าง ๆ เช่น จันผา โพเขา ปรงเขา สลัดได ฯลฯ อีกทั้งเป็นที่อยู่อาศัยของเลียงผา สัตว์ป่าสงวนของไทยที่ใกล้สูญพันธุ์ ส่วนในที่ราบลุ่มน้ำท่วมขังด้านตะวันตกที่เรียกว่า "ทุ่งสามร้อยยอด" นั้นเป็นแหล่งรวมของพันธุ์ปลา พันธุ์ไม้น้ำ และเป็นแหล่งอาศัยของนกน้ำอีกกว่า 316 ชนิด[3]