Frontenac est l’un de quelques parcs provinciaux situés sur l’axe de Frontenac, une extension méridionale du Bouclier canadien qui se prolonge au sud dans l’État de New York. Cette formation géologique exceptionnelle est à l’origine des reliefs de la région qui sont plutôt typiques de zones plus septentrionales, elle explique aussi la présence simultanée de plantes et d’espèces fauniques caractéristiques du nord mais aussi du sud. La géologie du parc est complexe, comportant plusieurs zones distinctes; le relief du parc est généralement accidenté.

Frontenac abrite de nombreuses espèces inhabituelles d’oiseaux dont l’aigle, l’urubu à tête rouge, la buse à queue rousse, l’hirondelle à front blanc, le huard, le balbuzard pêcheur, le héron, le tyran, le martin-pêcheur, la fauvette, le viréo, la buse à épaulettes, le dindon sauvage et la gélinotte à fraise. Le cerf de Virginie et l’ours noir sont des visiteurs fréquents. Le coyote, le renard roux, le pékan, la loutre, le vison, la belette, le raton laveur et d’autres petits mammifères se trouvent en abondance. Tout comme le castor. En fait, les activités du castor, associées au mauvais drainage du terrain, sont deux facteurs qui contribuent à la grande diversité de terres humides que l’on rencontre ici.