La Sierra del Guadarrama alberga once ecosistemas, entre ellos humedales de alta montaña, fondos de valle, pastos, dehesas, extensos bosques de pino silvestre, roble y encima. Además, tiene 1.280 especies, de las cuales 110 están protegidas por legislación europea.

Entre estos animales, destacan algunos como la cabra montés, el desmán de los Pirineos, el águila real, el águila imperial, el águila calzada, el conejo, el gato montés, la trucha, el halcón peregrino, el sapo, el galápago europeo, la nutria, el ciervo, el zorro o la cigüeña.
Los 37 municipios madrileños a incluir como zona protegida son: Somosierra, Robregordo, La Acebeda, Braojos, La Serna del Monte, Los Llanos, Villavieja del Lozoya, San Mamés, Navarredonda, Pinilla de Buitrago, Gargantilla de Lozoya, Lozoya, Cobos, El Cuadrón, Lozoyuela, Garganta de los Montes, Pinilla del Valle, Canencia, Alameda del Valle, Oteruelo, Rascafría, El Paular, Valdemanco, La Cabrera, Bustarviejo, Miraflores de la Sierra, Manzanares el Real, Soto del Real, Mataelpino, El Boalo, Navacerrada, Becerril de la Sierra, Los Molinos, Cercedilla, San Lorenzo del Escorial, Robledondo y Santa María de la Alameda.
La zona protegida se extenderá desde las cumbres de las montañas hasta las faldas inferiores e incluso valles completos, como el del Alto Lozoya, y llegaría hasta San Lorenzo del Escorial por el sur, Manzanares el Real y Soto del Real por el este y La Cabrera por el norte. Una zona que cubre toda la espina dorsal de la Sierra, desde los montes de Santa María de la Alameda hasta Somosierra.
La cota mínima del Parque será El Paular, a 1.150 metros de altura, mientras que la máxima estará en el Pico de Peñalara, a 2.428 metros.