Il Parco dei Monti Simbruini é un'area protetta che ben rappresenta il paesaggio appenninico: cime elevate, estese faggete, ampi pianori carsici, presenza al suo interno di piccoli centri abitati ricchi di testimonianze storico-artistiche a volte millenarie. Come in tutto l'Appennino, la formazione vegetale prevalente è il bosco di faggio. Viole e genziane, orchidee, gigli selvatici, camedri alpini sono tra i più appariscenti e ricercati fiori del parco. Quanto agli animali, il grado di conservazione degli ambienti e l'accesso in molti casi difficoltoso consentono tuttora la presenza di buona parte della grande fauna appenninica, inclusi l'orso marsicano e il lupo, ma anche di numerosi anfibi, rettili, insetti e – in fiumi e torrenti – del gambero di fiume.
La specie animale forse più rappresentativa è il lupo, la cui presenza è legata principalmente alle aree boscate poste tra gli 800 ed i 1.600 metri con accessi ai pascoli e alle valli. Questa rara specie (le ultime stime parlano di 150-200 esemplari per l'intero territorio italiano) ha scelto le zone più inaccessibili del Parco, caratterizzate da fittissimi boschi di faggio come aree di rifugio. Per la ricerca del cibo (costituito soprattutto da bestiame e da rifiuti reperiti negli immondezzai) il lupo si spinge nelle zone aperte e meno fittamente boscate delle quote inferiori. Il lupo ha visto in quest'area, come in tutto il territorio nazionale, un rapido declino a causa della forte pressione esercitata sulle sue popolazioni da parte dell'uomo. La distruzione dei boschi, la scomparsa dei grandi ungulati, sue prede Naturali, e il bracconaggio sono tra le minacce alla conservazione della specie. Per questo si sta tentando la reintroduzione del cervo nell'area, con esemplari provenienti dalle montagne friulane.
Sporadicamente, in alcune zone del parco, si segnala anche la presenza dell'orso marsicano, proveniente dai vicini Monti Erici. Tra i mammiferi, infine, non mancano l'Istrice e il tasso, che preferiscono i boschi misti e i querceti, in particolare se posti nelle vicinanze di zone coltivate.
Per quanto riguarda l'avifauna, sono da citare lo sparviero, la poiana, il gufo comune, l'allocco, la coturnice, il Falco pellegrino; è inoltre presente l'aquila reale che nidifica su inaccessibili pareti rocciose.
La fauna degli ambienti umidi è ben rappresentata dalla trota fario e dal gambero di fiume, mentre lungo le sponde ricche di vegetazione dell'Aniene e del Simbrivio non è rara la presenza del merlo acquaiolo.
La vegetazione è quella tipica dell'Appennino laziale-abruzzese: alle quote medio-basse prevale una copertura boschiva caratterizzata da bosco misto di roverella, carpino, cerro; nei luoghi più umidi ed ombreggiati, in particolare, crescono felci, muschi ed equiseti. Sulle pendici meglio esposte al calore dei raggi solari si abbarbicano invece arbusti tipici della macchia mediterranea come il leccio, il bosso, il ligustro, il lentisco e la fillirea.
Alla fascia altitudinale compresa fra i 900 e i 1.900 metri si impongono le formazioni vegetali dominanti del parco, ossia le faggete. Tali fustaie presentano a tutt'oggi caratteri di ricchezza e spettacolarità del tutto analoghe a quelle delle foreste del vicino Parco d'Abruzzo.
Notevoli appaiono certe fioriture stagionali di narciso, giaggiolo, orchidea, giglio rosso e martagone, oltre alla flora tipica dell'alta montagna, comprendente primule, crochi, soldanelle, genziane, carline, sassifraghe e molte altre specie, tra cui un interessante endemismo (una specie tipica e unica di queste zone), il semprevivo italico.
La storia geologica dei Monti Simbruini inizia oltre 200.000 anni fa: in questo periodo sul fondale di un mare tropicale oggi scomparso (l'antico oceano della Tetide) si depositavano sedimenti calcarei, misti a frammenti vegetali (pezzi di corteccia, pigne, ecc.) che si staccavano dalle foreste di gimnospoerme che ricoprivano la spiaggia. Oggi possiamo ritrovare questi sedimenti trasformati in roccia: sono le famose Dolomie di Filettino, le rocce sedimentarie più antiche del Lazio, contenenti strati bituminosi. L'antico oceano della Tetide prima si allargò, fino ad ospitare enormi isole tropicali con barriere coralline, e poi si richiuse, in seguito alla convergenza tra il continente africano e quello europeo. Tale chiusura determinò la formazione dell'Appennino e quindi anche della catena dei Simbruini, quasi interamente costituiti da frammenti di queste isole tropicali, come dimostrato dai numerosi fossili di organismi marini che si possono ritrovare nelle sue rocce.
Il paesaggio geologico del Parco, così come lo vediamo oggi, è dovuto principalmente all'azione erosiva dell'acqua: profonde e ripide valli, magnifici
campi carsici, enormi sorgenti di acqua potabile, situate soprattutto alla base della catena montuosa, dove l'acqua assorbita dalle montagne sgorga nuovamente in superficie dando luogo a numerose e ricche sorgenti che fanno di quest'area uno dei maggiori serbatoi della Capitale e, di conseguenza, "area di vulnerabilità primaria in relazione alla qualità delle acque, sottoposta a tutela idraulica generale".
