清凉山国家森林公园位于欧亚大陆板块的东南部武夷隆起带中段，东南临近太平洋板块，受晚中生代时期欧亚板块与太平洋板块的碰撞作用明显。区域范围内地层主要是大片的燕山期花岗岩层，局部有加里东期花岗岩，组成花岗岩的矿物有钾长石、石英、云母及少量磁铁矿。
森林公园属于中低山地貌区，山地多，丘陵平原少，其地形特点为四面环山，中部隆起，在北部、东南、西南分别形成天然峡谷；境内海拔高程一般在300-800米之间，最高峰葫芦嵊海拔1100.3米。总体地貌特征是东北高，西南低，中部除隆起山地外尚有部分小盆地。 山体
山体主要由花岗岩构成，组成花岗岩的矿物有钾长石、石英、云母及少量磁铁矿。 土壤主要包括2个土类，3个亚类，受成土母质、地势等因素影响，土壤显垂直面布规律，海拔500米以于主要分布为红壤土类、红壤亚类，海拔500－800米之间，主要分布为红壤土类的山地黄红壤亚类，海拔800以上的山地主要分布为山地黄壤土类山地黄壤亚类。
水体
森林公园内水文条件良好。株溪河是清凉山森林公园的主要河流，自北向南流入南城县的洪门水库，株溪河在森林公园境内主要有九条支流。
植物
森林公园所在区域地处中亚热带地区，被划为武夷山西麓多雨拷、楠林、松杉林亚区。公园内植物种类繁多，具有较多南北植物交汇过渡的色彩，构成了较为丰富的植物区系。公园内有种子植物163科、767属、1666株，木本植物828种分属90科328属。
.海拔300米以下主要为沟谷地，大部分有小溪流，主要植物有壳斗科、金缕梅科、杨梅科、山茶科、兰科等。海拔300～800米为常绿阔叶林，主要有壳斗科、樟科、冬青科、杜英科和常绿针叶林（主要有松科和杉科）等植物。乔木林下的灌木树种，有山茶科、杜鹃科、马鞭科、蔷薇科、紫金牛科及冬青科植物等。草本植物主要有禾本科、莎草科、菊科、紫草科、唇形科、伞形科及蕨类植物等。地被植物主要有苔藓和地衣。海拔800-1000米以上的山地主要分布有落叶阔叶林，以拟赤杨林、白栎林、枫香林和锥栗林等为代表林系。落叶阔叶林的主要构成树种有麻栎、白栎、锥栗、拟赤杨、枫香等；下木层常见有四照花、白檀、野鸦椿等；草本层见有芒、五节芒、山姜、狗脊、野菊等。局部还有黄山松林、江南油杉林与壳斗科等常绿植物形成的混交林。海拔1000米以上为矮林及灌丛，主要有壳斗科中的白栎、杜鹃科、山茶科、漆树科、蔷薇科等。草本植物主要有禾本科中的芒和五节芒等。地被植物有苔藓和地衣。
公园中有较集中分布的南方红豆杉及零星分布的银杏、伯乐树、水杉等4种国家Ⅰ级保护植物和福建柏、香果树、凹叶厚朴、樟树、浙江楠、闽楠、花榈木、红豆树、毛红椿、报春苣苔、长叶榧树、金荞麦、野大豆、蛛网萼、榉树、苦梓等16种Ⅱ保护植物。
动物
公园境内森林植被覆盖率高，气候适宜，生态环境复杂，为野生动物的栖息、繁衍创造了良好的自然条件。经调查，现有脊椎动物27目91科387种，其中哺乳类6目22科64种；鸟类17目49科245种；爬行类2目12科49种；两栖类2目8科29种。
属国家重点保护的动物有33种。其中属Ⅰ级保护的有金雕、白颈长尾雉、黄腹角雉、云豹、豹、黑麂、华南虎等7种；Ⅱ级保护的有虎纹蛙、大鲵、小鸦鹃、鸳鸯、草鸮、短耳鸮、斑头鸺鹠、领角鸮、领鸺鹠、小隼、赤腹鹰、松雀鹰、普通鵟、红隼、红腹锦鸡、白鹇、勺鸡、猕猴、穿山甲、豺、水獭、大灵猫、獐、水鹿、苏门羚和斑羚等26种。经常能在森林公园中观看到的野生动物有金雕、穿山甲、猫头鹰、果子狸、五步蛇等。穿山甲、豺、大灵猫、云豹、野猪、剌猬、豪猪等兽类主要分布在针阔混交林和毛竹林中。鸟类主要分布在山地、丘陵针阔混交林、田野及水域中。两栖类动物通常栖息在林缘、田野、水溪旁。爬行类动物多栖息于林间草丛、田野、水溪中。
