Climatología
Clima mediterráneo de montaña: seco en verano con altas temperaturas diurnas y bajas nocturnas, y algo más húmedo en invierno con temperaturas bajas y nevadas frecuentes.
Geología
La Sierra de María es una de las integrantes del sistema montañoso de las Cordilleras Subbéticas.
Son suelos calizos en los que abundan las formaciones kársticas con numerosas quebradas y grietas de gran influencia en los ecosistemas del parque.
Flora
Las características geológicas del parque dan lugar a la existencia de una considerable variedad de microclimas y biotopos en los que crecen muy diferentes especies vegetales.
La gran riqueza biológica es albergada por una abundante masa forestal en la que se conjugan bosques de pino negral o laricio (Pinus nigra) autóctono con reforestaciones de pino carrasco (Pinus halepensis). El pino carrasco ha sido la especie mayoritariamente empleada en las repoblaciones por su gran adaptación a condiciones de suelos pobres (poco fértiles) y de xericidad (escasa humedad). Hay citas de la presencia frecuente y abundante de esta especie de pino en toda la comarca de los Vélez desde antes del siglo XVI, además de contar con "La Dehesa de la Alfahuara", el único monte mixto de pino carrasco y encina que nunca se taló ni roturó, llegando hasta nuestros días tal y como se conoce en la actualidad (salvo dos pequeños rodales reforestados por el hombre). También existen citas de la presencia de pólen de pinos en épocas prehistóricas, encontradas en Cueva Ambrosio (Vélez Blanco).
Las zonas más próximas a los valles se convierten en bosques ralos de encinas (Quercus rotundifolia) entre los que crecen otras especies típicas del Mediterráneo como jaras (Cistus sp.), lavanda (Lavandula sp.), matagallos (Phlomis sp.), mostajos (Sorbus sp.),coscojas (Quercus coccifera) quejigos (Quercus faginea), romero (Rosmarinus officinalis) y tomillo (Thymus sp.).
En las áreas de mayor altitud, sólo pueden crecer algunas especies adaptadas a las poco frecuentes precipitaciones y las temperaturas extremas de la zona, por lo que la cubierta vegetal es escasa. Como especies más características el enebro (Juniperus communis) y la sabina rastrera (Juniperus sabina), aunque en las cimas son el piorno azul (Erinacea anthyllis) y el cojín de monja (Erinacea anthyllis) las especies predominantes.
Otras especies del matorral espinoso de altura son el arce (Acer sp.), el agracejo (Berberis sp.), el espino (Crataegus sp.), la genista (Genista boisgien) y la vella espinosa (Vella spinosa).
En esta rica comarca en la que crece una gran diversidad botánica, existen además varios endemismos botánicos, entre los que se encuentran Brassica repanda, Centaurea macrorhyza, Helianthemum rossmaessleri, Horrnatophylla longicaulis, Nepeta hispanica, Sideritis acostae y Sideritis stachydioides además de muchas otras especies con áreas de distribución muy restringidas
Fauna
La diversidad avícola de este parque es uno de sus mayores patrimonios. Entre las más de cien especies que habitan permanente o temporalmente en el área, se cuentan: agateador (Certhia brachydactila), águila calzada (Aquila pennatus), águila culebrera (Circaetus gallicus), águila real (Aquila chrysaetos), alcaudón real (Lanius excubitur), alcotán europeo (Falco subbuteo), autillo (Otus scops), azor (Accipiter gentilis), bisbita común (Anthus pratensis), búho chico (Asio otus), búho real (Bubo bubo), calandria (Melanocorypha calandra), cernícalo (Falco tinnunculus), cogujada (Galerida cristata), gavilán (Accipiter nisus), halcón peregrino (Falco peregrinus), mito (Aegithalos caudatus), ratonero común (Buteo buteo), reyezuelo común (Regulus regulus), triparriscos (Trichodroma murania), vencejo real (Apus melba)...
Sin embargo, por lo que respecta a otros vertebrados, la diversidad biológica no es tan espectacular. Entre las especies más habituales
Mamíferos: ardilla común europea (Sciurus vulgaris), comadreja (Mustela nivalis), gato montés (Felis silvestris), gineta (Genetta genetta), lirón careto (Eliomys quercinus), jabalí (Sus scrofa), tejón (Meles meles) y zorro rojo (Vulpes vulpes)
Reptiles: culebra de escalera (Elaphe scalaris), lagarto ocelado (Lacerta lepida) y víbora de Lataste (Vipera latastei).
Por lo que respecta a los invertebrados, son reseñables algunas especies de mariposas: Hemóptera corpae, Parnassius apollo mariae y Pseudochazara hipolyte. Las dos últimas endémicas de las Sierras Subbéticas.
