Территория национального парка протянулась примерно на 100 километров с севера на юг вдоль Валдайской возвышенности – главного водораздела Русской равнины – и охватывает три района Новгородской области: Валдайский, Демянский и Окуловский.
На территории национального парка расположено около 200 озёр, имеющих в основном ледниковое происхождение. Наиболее крупные – Валдайское, Вельё, Боровно и Селигер.
В границах особо охраняемой природной территории зафиксировано около 750 видов высших растений, в том числе 114 видов мхов, 185 лишайников и 472 вида грибов. В Красную книгу России занесены восемь видов, включая редкие водные: полушники, лобелия Дортмана и каулиния тончайшая, обитающие в ледниковых озёрах парка со времени их формирования.
Главное богатство национального парка «Валдайский» – это леса, ими покрыто 86 процентов его площади. Основными породами являются ель, сосна, берёза, осина и серая ольха. Особую ценность представляют хорошо сохранившиеся южно-таёжные ельники и сосняки, в том числе участки старых хвойных лесов возрастом 100–180 лет.
Из широколиственных видов здесь можно встретить ясени, клёны, вязы и дубы, в том числе участки реликтовых дубрав с деревьями в возрасте 200 лет и более.
В национальном парке «Валдайский» представлены почти все характерные виды региональной фауны, включая лося, медведя и рысь. Всего на заповедной территории зафиксировано 50 видов млекопитающих, шесть видов пресмыкающихся и семь – земноводных.
На Валдае обитает 217 видов птиц, 172 из которых гнездятся на территории нацпарка. Из пернатых, занесённых в Красную книгу России, здесь отмечены беркут, орлан-белохвост, змееяд, скопа. Изредка встречаются чернозобая гагара, большой подорлик, выпь, серый журавль, большой кроншнеп и другие.
Озёра национального парка «Валдайский» отличаются богатством ихтиофауны. Здесь обитают такие ценные виды рыб, как сиг, щука, судак, налим, ряпушка, снеток. Местами сохранился краснокнижный моллюск европейская жемчужница.
Для гостей национального парка разработаны туристские маршруты, которые можно посетить как самостоятельно, так и в сопровождении экскурсовода. На заповедной территории проходит самый большой пеший маршрут на Северо-Западе России – «Большая Валдайская тропа».
Кроме того, в нацпарке проложены экологические тропы протяжённостью от 200 метров до 2,2 километра, рассчитанные на широкий круг людей разных возрастов и интересов.
В 2004 году национальному парку «Валдайский» присвоен статус международного биосферного резервата в рамках программы ЮНЕСКО «Человек и биосфера».