Se encuentra rodeado por los salares de Punta Negra, Aguas Calientes IV y Pajonales.

Durante el verano, las lluvias que se originan del otro lado de la cordillera (Invierno Altiplánico) alcanzan a llegar en ocasiones, pero ya muy débiles, debido a la cantidad de cordones montañosos que frenan su paso.

Pastores y cazadores prehispánicos utilizaron el área que corresponde actualmente al parque.

En estos lugares establecieron sus cultivos, apacentaron su ganado y aprovecharon la bajada a beber de los grandes mamíferos silvestres para cazarlos.

El área fue también asentamiento de la cultura inca, quienes rendían culto a las altas cumbres andinas, utilizándolas como sitios ceremoniales religiosos.

El camino del Inca cruzaba las partes más bajas y llanas del terreno correspondiente al parque, del cual se tiene vestigio en la actualidad de un tramo de este en el sector de río Frío, lugar donde es posible hallar además 5 sitios arqueológicos, entre los que se encuentran tambos prehispánicos, campamentos y refugios.

Está constituida principalmente por pastos, distribuidos según las zonas geográficas del parque.

La vegetación del volcán Llullaillaco se basa en la coba, el cuerno de vaca y la paja blanca.