Национальный парк, расположен на востоке Жигулевской возвышенности, в извилине Волги – Самарской Луке (отсюда и название). На его территории к северу находятся самые высокие пики Жигулевских гор, к югу холмистая поверхность, постепенно снижаясь, переходит в равнину. Из всех российских рек здесь течет только Волга. Построенная на ней ГЭС существенно влияет на уровень, расход и температуру воды этого водоема и гидрогеологический режим парка.
Пейзаж Самарской Луки весьма разнообразен. Здесь присутствуют сосновые и широколиственные леса, степи, дубравы, осинники, липняки. Но особый интерес вызывают растения, произрастающие на относительно 
небольшом ареале (так называемые эндемики): волжская гвоздика, тимьян жигулевский, молочай жигулевский. А также реликты местности: казацкий можжевельник, герань Роберта, шаровница точечная и др.
Удивителен и животный мир Самарской Луки. Здесь проживают такие наземные позвоночные, как русская выхухоль и гигантская вечерница, а также около 20 птиц, находящихся у самых границ своего ареала (европейская чернозубая гагара, черный аист, курганник и другие). Все они занесены в Красную книгу как исчезающие виды.
