Il massiccio del Velino, posto nella parte occidentale dell'area Parco, è uno dei più imponenti ed estesi dell'Appennino Centrale. La tormentata e complessa struttura orografica che lo distingue determina una grande varietà di microclimi e di ambienti: ne risulta una ricchezza biologica di grande rilievo, con una ventina di comunità vegetali ben distinte, comprese nelle quattro fasce altitudinali che si succedono dai piedi del massiccio (m 1.000 circa), sino alla sua cima (m 2.486); in tale ambito si contano circa 600 specie vegetali e 190 specie di vertebrati, regolarmente censite sinora.

Da una quota minima di 987 m (Bocca di Teve), il massiccio del Velino si innalza sino a cime che superano i 2.000 metri di altitudine, come quello del Monte Velino (2.487 m), che è la terza vetta dell'Appennino, del Monte Cafornia (2.424 m), del Monte di Sevice (2.331 m), del Monte Rozza (2.064 m).

La natura geologica del massiccio è caratterizzata dai calcari organogeni del Cretaceo, molto compatti e permeabili; solo alcuni pianori di alta quota sono costituiti da formazioni marnose, meno permeabili e con pedogenesi più veloce.

Il Velino dà la possibilità di osservare una grande varietà di fenomeni geomorfologici. Imponenti manifestazioni del glacialismo quaternario sono quelle della Valle Maielama e della Val di Teve, due grandi valli glaciali con sezione ad U, lunghe fino a 5 km e profondamente incassate tra alte pareti a precipizio. Esse presentano frequenti segni lasciati dai ghiacciai che le hanno formate: soglie glaciali, accumuli morenici, massi erratici, rocce montonate, valli sospese (tra le quali la più grande è quella della Genzana che confluisce nella Valle Maielama).