Nonostante la non vastissima estensione, nel Parco sono presenti moltissimi ambienti. Vi sono infatti compresi la foresta demaniale, i laghi costieri, il monte Circeo, la duna e l'isola di Zannone. La vera porta del parco, nonché il suo ambiente più noto, è la foresta demaniale, qua e là chiazzata dai piccoli specchi d'acqua delle piscine retaggio delle antiche paludi pontine. Si tratta di un grande rettangolo verde a nord-est di Sabaudia, attraversato da due sole strade di cui quella più mediana è percorribile solo fino alla caserma forestale Cerasella. I laghi sono quattro: da nord a sud s'incontrano il lago di Fogliano, dei Monaci, di Caprolace e di Paola o Sabaudia. Tutti offrono rifugio ad un'avifauna ricca e diversificata, e assieme ad altre zone umide come i Pantani dell'Inferno e il piccolo lago dei Registri sono le mete predilette dai birdwatchers e dai fotografi naturalisti. Tra i laghi e il mare si estende la duna, una delle più belle ed integre della penisola nonostante la strada litoranea la percorra quasi per tutti i suoi venti chilometri e nonostante le numerose ville sorte abusivamente nel tempo. E' un vero cordone dunale, alto fino a venti-trenta metri, tappezzato di ginepri, eringi, camomille e gigli di mare. Giunge fin sotto alla Torre Paola, la più bella tra le diverse lungo la costa, che sorge all'estremità meridionale della duna proprio sotto al monte Circeo. Ed è proprio la piccola dorsale costiera, culminante nei 541 metri del Picco di Circe, a fornire gli unici panorami di un'area per il resto pianeggiante. Viste mozzafiato sul mare e sull'intero territorio del Parco, colte da un belvedere che nonostante la quota modesta sa regalare molte soddisfazioni all'escursionista. Infine c'è Zannone, inclusa nell'Area Protetta a partire dal 1979. Intorno ai 194 metri del monte Pellegrino, la sua quota massima – e circondati da un mare color cobalto - si estendono cento ettari di macchia mediterranea solitaria, frequentati solo dai mufloni e dalle guardie forestali durante i turni di sorveglianza.
L'avifauna è il grande motivo d'attrazione dei quattro laghi costieri, tutti riconosciuti quali zone umide d'importanza internazionale. Specchi d'acqua ricchi di pesce, se è vero che ospitano 45 specie diverse tra cui anguille, spigole, orate, sogliole e cefali. Non sorprende dunque l'abbondanza di uccelli ittiofagi come aironi e cormorani, che al Circeo si osservano con facilità accanto a cavalieri d'Italia e fenicotteri, anatre e svassi, falchi di palude e più rari (e di passo) falchi pescatori. Lungo i canali di bonifica è possibile l'incontro con la testuggine d'acqua, o quello con i bufali dei numerosi allevamenti locali che vi vengono a rinfrescarsi con l'immancabile scorta degli aironi guardabuoi. Le campagne del Parco sono frequentate da tassi e istrici, e durante i mesi invernali da piccoli gruppi di gru che vi sostano prima di raggiungere i luoghi di nidificazione nel nord Europa. Sulla duna ci sono invertebrati come lo scarabeo stercorario e una farfalla i cui bruchi si nutrono delle foglie del giglio marino, rettili, roditori e qualche carnivoro come la volpe e la donnola. Nella foresta demaniale gravita la maggior parte dei mammiferi del Parco, tra cui i più abbondanti e visibili sono certamente i cinghiali (presenti anche numerosi chirotteri e la lepre appenninica). Anfibi e rettili comprendono altre presenze importanti, come la testuggine palustre e la rana dalmatina. Quanto ad avifauna nidificante, tra le specie segnalate e di particolare interesse sono il falco pecchiaiolo, il nibbio bruno, lo sparviere e il lodolaio, ben cinque varietà di picchi. Sulle rupi del promontorio nidifica il falco pellegrino e, durante il passo autunnale, sfilano alcune migliaia di rapaci in migrazione tra falchi, nibbi ed aquile. A Zannone, infine, non è difficile l'avvistamento dei mufloni – qualche decina, introdotti all'epoca per scopo venatorio – nonché di nuovo del falco pellegrino, presente con alcune coppie nidificanti. Davvero numerosi i gabbiani reali, mentre ai pochi fortunati autorizzati al pernotto sull'isola è riservato il privilegio dell'ascolto del lamentoso canto notturno delle berte maggiori. Numerosi i piccoli passeriformi che frequentano la macchia, ma la citazione è d'obbligo anche per l'unico nucleo naturalizzato di francolino di Erckel d'Italia e per le circa duecento specie segnalate di passaggio tra cui il falco della regina, la cicogna nera e quella bianca. Infine, prezioso endemismo è quello rappresentato da un piccolo rettile che vive esclusivamente a Zannone, diverso dalla comune lucertola campestre per via della colorazione più scura.
La foresta planiziale, pur se da pallida testimone, rappresenta almeno un poco l'ambiente che costituiva fino al secolo scorso l'ampia selva di Terracina, ampia in origine circa 11.000 ettari. Ed è pur sempre, oggi, la più grande foresta di pianura d'Italia. Farnie, cerri, farnetti e altre essenze arboree vi crescono in un susseguirsi piatto e intricato, assieme ad altre specie di provenienza esotica come gli eucalipti. Più in basso un sottobosco di prugnoli, pungitopi e rovi, caprifogli e felci rende ancor più fitta la vegetazione. Ricchissima la varietà e quantità di funghi presenti, che non a caso attrae frotte di raccoglitori: le specie censite sono ben 354 e per alcune di esse il Parco rappresenta l'unica stazione nota per l'Italia. Sul promontorio il versante nord è ammantato da una lussureggiante foresta termofila di leccio con abbondante presenza di corbezzolo, mentre sul lato opposto verso il mare spiccano le presenze del ginepro fenicio, con il suo contorto portamento dovuto al vento marino, e la palma nana. Sulla duna il consolidamento del substrato sabbioso contro gli agenti erosivi è opera di numerosissime specie, tra cui spiccano il ginepro coccolone - massima espressione vegetazionale di questo ambiente – l'esotico fico degli Ottentotti e il giglio marino, capace di dare splendide e durature fioriture estive nonostante le proibitive temperature che si raggiungono. Nelle zone umide, accanto ad alcune specie alofile e palustri che circondano le sponde dei laghi e delle aree impaludate, le ampie distese a pascolo che completano l'area sono caratterizzate dalla presenza dei caratteristici ciuffi del giunco. Quanto a Zannone, la macchia mediterranea conferisce al paesaggio dell'isola un aspetto lussureggiante, con intense fioriture ed alcuni endemismi. Piante come l'adonide a frutto piccolo, una ranuncolacea dai fiori gialli, e l'asplenio obovato (una piccola felce che cresce su rupi ombrose, presente pure a Ponza) - infatti - in tutto il Lazio si possono trovare solo qui.
La depressione strutturale della pianura pontina, che ospita il Parco Nazionale del Circeo, è contenuta tra l'imponente edificio vulcanico dei Colli Albani che la chiude verso settentrione, i rilievi calcarei meso-cenozoici dei monti Lepini ed Ausoni, il mare Tirreno e il promontorio del Circeo. Essa è caratterizzata da tre fenomeni e "motori" geologici, che sinteticamente possono essere così elencati: la subsidenza, che caratterizza l'intero margine tirrenico della penisola italiana; l'eustatismo dovuto alle variazioni climatiche; il vulcanismo. Quest'ultimo ha forgiato l'ambiente pontino con la costituzione dell'arcipelago di Ponza, Ventotene, Palmarola e Zannone, e in un secondo tempo con la nascita del grande edificio vulcanico dei Colli Albani. La formazione dei bacini lacustri di Fogliano, dei Monaci, di Caprolace e di Paola è dovuta alla presenza del nucleo calcareo del monte Circeo, che ha favorito nel tempo la genesi e la conservazione dei cordoni sabbiosi smorzando e deviando le correnti marine costiere.
