오대산의 서부와 북서부 일대는 선캄브리아기의 퇴적암 기원 주2인 혼성 편마암이 분포한다. 이 지역에는 비로봉(毘盧峯, 1,565.4m)을 중심으로 호령봉(虎嶺峰) · 상왕봉(象王峰) · 두로봉(頭老峰) · 동대산(東臺山) 등의 고봉들이 솟아 있다. 이들은 지리산과 함께 우리나라의 대표적인 흙산으로, 주요 산정부가 대부분 평정봉을 이루며, 봉우리와 봉우리가 이어지는 능선 또한 완만하거나 평탄한 특성을 가진다. 반면, 진고개정상휴게소 동쪽의 황병산을 중심으로 노인봉 · 매봉을 아우르는 소위 소금강산이라 부르는 곳은 중생대의 흑운모 화강암이 넓게 분포하여, 전형적인 돌산의 특성을 가지고 있다.
오대산 남쪽 사면으로 흐르는 하천에는 오대천이 있다. 비로봉과 동대산 사이의 오대천은 황병산과 동대산 사이의 병내천과 월정천 등과 합해진다. 황병산 남쪽 사면에서는 송천이 남쪽으로 흐르다가 도암호를 형성하며 이후 심한 곡류로 이어진다. 오대천은 정선군 북평면 나전리에서, 송천은 정선군 여량면 아우라지에서 각각 골지천과 합류된다. 동대산과 노인봉 사이의 진고개는 병내천과 연곡천(連谷川)의 분수령을 이룬다. 연곡천을 따라 6번 국도가 개설되어 있으며 연곡천은 강릉시 연곡면에서 동해로 유입된다. 연곡천의 제1지류인 장천동천은 노인봉 동쪽 사면에서 발원하여 촛대봉, 적은봉 등을 끼고 흐른다. 장천동천은 협곡과 기암 주3이 많아서 작은 금강, 즉 소금강 계곡이라고 불린다. 이곳은 1970년에 이미 명승 제1호로 지정될 만큼 뛰어난 경관을 자랑한다.
오대산은 우리나라의 대표적인 산림 지대로 생물상이 다양하고 풍부하다. 이곳에 서식하고 있는 포유류는 두더지, 너구리 등 총 5목 11과 19종이다. 조류는 박새, 노랑턱멧새 등을 포함하여 67종이 확인되었고, 양서류는 총 12종이, 파충류는 8종이 기록되었다. 곤충은 총 19목 199과 1,788종이 확인되었다. 또한 멸종 위기 야생 생물 Ⅱ급 담비 및 삵 서식지 특별 보호 구역으로 지정, 관리하고 있다. 2014년에는 멸종 위기종인 '작은관코박쥐'가 서식하고 있다는 것이 확인되었으며, 이를 통해 오대산의 생태계가 매우 건강하다는 것을 알 수 있다.
식물로는 전나무 · 분비나무 · 신갈나무 · 자작나무를 비롯하여 총 1,040종이 오대산에 서식하고 있다. 비로봉 일대의 측백나무 · 주목나무 군락, 호령봉 계곡의 난티나무 군락, 두로봉과 상왕봉 능선의 철쭉 · 금강초롱 등이 유명하다. 특히 월정사로부터 상원사(上院寺) 적멸보궁(寂滅寶宮)을 잇는 10㎞의 계곡에는 수령 500년의 전나무와 고산 식물, 잡목이 우거진 숲이 수려하고 웅장한 풍경을 자랑한다. 또한, 신갈나무 군락과 소나무 군락 및 가래나무-다래 군락이 광범위하게 분포하여 오대산의 대표적인 식생을 이루며, 지하수위가 높은 하천 주변에는 황철나무가 단일목의 형태로 분포하고 있다. 오대산 습지는 2008년 10월, 람사르 습지로 지정될 만큼 그 가치를 인정받고 있다.
오대산은 아름다운 자연 경관과 잘 보존된 생태계로 유명한 곳일 뿐만 아니라, 신라시대의 자장율사가 수도하고 1만 문수보살이 상주하며 부처의 정골 사리를 모신 불교의 성지이기도 하다. 그래서 월정사와 상원사와 같은 유서 깊은 사찰과 암자 그리고 월정사 팔각 구층석탑(국보, 1962년 지정) · 월정사 석조보살 좌상(보물, 1963년 지정), 상원사 동종(국보, 1962년 지정) 등 국가유산이 곳곳에 있다.
오대산은 택리지에서도 언급되었는데, 임진왜란 이후 사고(史庫)가 있었던 곳으로 전해진다. 그러나 일본에 의해 오대산 사고본은 일본으로 강제 반출되었고, 건물은 6·25전쟁으로 소각되었다. 1963년 오대산 사고의 터가 사적으로 지정된 후 1992년에 평창군 진부면 동산리에서 복원되었다.
오대산은 영동고속도로와 인접해 있어 교통이 편리해 많은 관광객들이 찾고 있다. 1975년 2월 우리나라의 11번째 국립공원으로 지정되어 오늘에 이른다.