Se encuentra en la zona centro-occidental de la Comunidad Autónoma, abrazado por los ríos Saja y Besaya. En su interior se encuentran los Montes de Ucieda y la Sierra de Barcena Mayor, donde encontramos una de las mejores representaciones del bosque atlantico caducifolio. La cota inferior se encuentra en la zona noroeste del Parque en torno a los 256 m. mientras que la cota más alta se encuentra en el extremo sudoeste en el pico Ijan a 2.084 m. En la parte central se encuentra el único núcleo de población dentro del Parque, el pintoresco pueblo de Barcena Mayor.

Al norte de este pueblo se sitúan los cajigales de Quercus robur, que alcanzan el piso montano inferior hasta una altitud de 1.100 m. Al sur del núcleo y subiendo a través del piso montano encontramos unas de las más importantes masas de hayedo (Fagus silvática) de la región en los montes de Saja, Barcena Mayor y Palombera, acompañados de serbales, mostajos y tejos. Junto a estos hay que destacar pequeños bosques de roble albar (Q. petraea) entre los 900 y 1200 m. En el Parque también se encuentran pequeñas manchas de rebollos o tocios (Q. pyrenaica), así como castaños y coníferas de Pinus silvestris y P. radiata. En el piso supramontano (1.300- 1.700 m), se encuentran unos pequeños abedulares (Betula celtiberica). En esta orla y camino de las brañas y pastizales de los puertos, del que destacamos el de Sejos, están presentes los acebales (Ilex aquifolium), acompañados de espinos albares (Crataegus monogyna). Finalmente en el piso subalpino el paisaje esta presidido por las escobas (Genista florida) y los brezales de Erica arborea.
Los vertebrados que aprovechan los variados ambientes del Parque están bien representados. Del grupo de los mamíferos destacan, el venado (Cervus elaphus), el corzo (Capreolus capreolus), el jabalí (Sus scrofa), el lobo (Canis lupus)y la nutria (Lutra lutra). Y entre las aves, destacan el águila real (Aquila chrysaetos), y la perdiz pardilla (Perdix perdix). El oso (Ursus arctos) que a principios del siglo pasado ocupaba algunas áreas, solamente tiene una presencia errática.

El valle del Saja posee en su tramo medio un paisaje vegetal muy humanizado, pero sumamente bello. Su amplia vega, a la altura de Cabuérniga, está sometida a cultivos intensivos, de especies hortícolas o forrajeras, y los núcleos de población se hallan concentrados, con un tipo de edificación perfectamente adaptada al entorno natural. En las laderas que franquean la llanura aluvial, se instalan los prados de siega, menos productivos que en la zona costera, pero de mayor rendimiento que en las tierras altas.

Abundan en la zona superior de las lomas y montes que cierran la vertiente del valle los pastizales y matorrales atlánticos, sin que apenas exista presencia del matorral mediterráneo, a causa de la escasez de rocas calizas.

Las manchas de arbolado caducifolio autóctono, repartidas a lo largo de las vaguadas o dispersas en algunos tramos de las laderas, así como las repoblaciones de Pinus radiata, constituyen el estrato arbolado del tramo medio del Saja.

Las tierras altas forman un área biogeográfica del mayor interés natural, dada la dominancia de las formaciones forestales sobre los demás tipos de vegetación. Esta comarca del piso montano posee la mayor reserva de roble de toda la región si bien no constituye una mancha continua, como los robledales de Liébana, siendo dominante la especie Quercus petrae.

El robledal es sustituido por el hayedo al aumentar la cota altitudinal, y éste a su vez por el abedular, del que encontramos magníficos bosques en la parte más elevada del valle del Saja, ya en su límite con Campoo. Esta gradación en pisos de vegetación (piso del roble - piso del haya - piso del abedul) se observa perfectamente en algunos puntos de la reserva, que merecían ser conservados inalterados por su elevado valor didáctico y natural. Completan el paisaje vegetal del tramo alto del Saja los pastizales de diente, explotados en régimen de ganadería extensiva por los habitantes de la zona (vaca pardo-alpina y tudanca, principalmente), en aquellas zonas donde se ha talado el robledal y el hayedo, y los prados de siega en los fondos del valle y en el entorno de los asentamientos humanos.