ลักษณะภูมิประเทศ เป็นเทือกเขา ประกอบไปด้วยภูเขาต่างๆ เช่น เขาพังเหย มีความสูงประมาณ 200 – 800 เมตร

ทางธรณีวิทยาของพื้นที่เป็นหมวดหินภูพานหมวดหินพระวิหาร และหมวดหินภูกระดึง เป็นหินในระหว่างช่วงเวลาประมาณ

180 – 230 ล้านปี ยุคจูแลสสิกและไทรแอสสิก เป็นแหล่งต้นน้ำลำธารลุ่มน้ำชี (แม่น้ำชี) ลำน้ำสนธิซึ่งไหลลงแม่น้ำป่าสัก

ลักษณะภูมิอากาศ อยู่ภายใต้อิทธิพลของลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้และมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือ

จากลักษณะของแนวเทือกเขาพังเหยกั้นอยู่ในแนวเหนือ–ใต้ ลมมรสุมตะวันออกเฉียงใต้ที่พัดพาเอาความชุ่มชื้นจากทะเล

มาตกเป็นฝนในพื้นที่เป็นปริมาณมาก จากข้อมูลของสถานีตรวจอากาศอุทยานแห่งชาติป่าหินงามในระหว่าง

พ.ศ. 2543–2546พบว่ามีปริมาณน้ำฝนตลอดปีเฉลี่ย 1,782.6 มิลลิเมตร มีจำนวนวันที่ฝนตก 109 วัน/ปี โดยมีฝนตกชุกมากที่สุด

ในเดือนสิงหาคม วัดได้ 338.3 มิลลิเมตร ส่วนอุณหภูมิเฉลี่ยสูงสุดในเดือนเมษายน วัดได้ 33 องศาเซลเซียส และเฉลี่ยต่ำสุด

ในเดือนธันวาคม วัดได้ 18.3 องศาเซลเซียส โดยมีอุณหภูมิเฉลี่ยตลอดปี วัดได้ 24.8 องศาเซลเซียส

สำหรับฤดูกาลเมื่อพิจารณาตามลักษณะอุณหภูมิ ประมาณน้ำฝน และความชื้นสัมพัทธ์แล้ว สามารถแบ่งฤดูกาลได้ ดังนี้

ฤดูฝน อยู่ระหว่างเดือนพฤษภาคม – กันยายน ปริมาณน้ำฝนเฉลี่ย 278.5 มิลลิเมตร
ฤดูหนาว อยู่ระหว่างเดือนตุลาคม – มกราคม อุณหภูมิเฉลี่ย 23.2 องศาเซลเซียส
ฤดูร้อน อยู่ระหว่างเดือนกุมภาพันธ์ – เมษายน อุณหภูมิเฉลี่ย 25.9 องศาเซลเซียส