Este Parque Nacional se encuentra entre las provincias de Pedernales, Independencia y Barahona y colinda con la República de Haití, lo que lo hace un parque fronterizo. Ocupa una porción apreciable de la Sierra de Bahoruco, que al internarse en territorio haitiano toma el nombre de Massif de La Selle. Los límites de este Parque Nacional han sido afectados por los últimos decretos presidenciales que se refieren a las áreas protegidas de la República Dominicana pero el decreto que lo creó originalmente (decreto 1351-83) determinaba un área de 800 km². Esta área natural protegida representa una de las zonas geográficas con mayor diversidad de ambientes y gradientes ecológicos del país, debido a elementos geológicos muy complejos que combinan, desde escasos metros sobre el nivel del mar, hasta alturas superiores, lo que determina variaciones climáticas que se reflejan en la amplia gama de formaciones vegetales, que comienza con el bosque seco a nivel del mar, hasta el bosque húmedo en la parte alta de la Sierra. A partir de los 1,800 m, la vegetación predominante es de coníferas que se desarrollan sobre un sustrato calizo. La combinación de todos estos aspectos determinan un alto endemismo de la fauna y flora de este Parque Nacional.
La flora del Parque Nacional Sierra de Bahoruco se enmarca dentro de 8 zonas de vida: Bosque seco Subtropical (Bs-S), Bosque húmedo Subtropical (Bh-S), Bosque húmedo Montano Bajo (Bh-MB), Bosque muy húmedo Montano Bajo (Bmh-MB), Bosque húmedo Subtropical de transición a Bosque seco Subtropical (Bh-S > Bs-S), Bosque muy húmedo Montano Bajo de transición a Bosque pluvial Montano Bajo (Bmh-MB > Bp-MB). Todas estas zonas de vida pueden ser vistas en secuencia siguiendo la Vía Panorámica Cabo Rojo - Aceitillar.
Se ha reportado el muy significativo número de 33 especies vegetales endémicas de este Parque Nacional más 61 especies endémicas de la Hispaniola, con un total de 94 especies endémicas, lo que pone esta área natural protegida a la cabeza del resto. En un bosque de transición entre el pinar y el bosque latifoliado existe la población más grande de sabina (Juniperus ekmanii), especie endémica de la Sierra de Bahoruco. También existe la otra sabina del país (Juniperus gracilior).
En este Parque Nacional se encuentra mas de la mitad de las especies de orquídeas reportadas en el país, 32 de las cuales son exclusivas del área, lo que representa el 10% de todas las especies endémicas de la isla.
La fauna está compuesta por una gran variedad de reptiles, mayormente lagartos y culebras, anfibios y mamíferos, como murciélagos y el solenodonte (Solenodon paradoxus). La avifauna está compuesta por 49 especies, 19 de ellas endémicas. Entre ellas están: cuervo (Corvus leucognaphalus), zorzal de La Selle (Turdus swalesi), chirrí de los Bahorucos (Calyptophilus frugivorus), cigüita aliblanca (Xenoligea montana), canario (Carduelis dominicensis), pico cruzado (Loxia leucoptera). Entre las 49 especies de aves encontradas, 2 son migratorias y 28 residentes.
La hidrografía del área está compuesta por cursos de agua que bajan por la vertiente: a) sur, río Pedernales, río Mulito (afluente del Pedernales), cañada Robinson; b) norte, ríos Las Damas y Arriba, arroyos Colorado y las Cuevas, cañada El Cañaveral. También dentro de los límites de este Parque Nacional se encuentra la Laguna Limón.