Le parc est situé sur une péninsule accidentée composée de forêts denses, de nombreux lacs, de hautes falaises de granite, et doté des plus hauts points d’observation de la province. Le profil de la partie sud de la péninsule, quand il est observé depuis Thunder Bay, décrit la silhouette d’un géant allongé sur le dos – d’où le nom du parc. Des vallées profondes et des ruisseaux d’eaux vives et claires caractérisent le paysage.

Au niveau géologique, Sleeping Giant peut se décrire comme un énorme gâteau à étage. Au fond du gâteau s’étale la roche sédimentaire datant d’environ 1,7 milliard d’années, soit le mi-temps de l’ère précambrienne, alors que la plupart du territoire de l’Amérique du Nord était submergé par l’océan. Une seconde couche sédimentaire s’est ajoutée à la fin de l’ère précambrienne, il y a environ 1,3 milliard d’années. Plus tard est venue, au centre, une garniture de roche fondue comprimée entre les couches, et durcie sous forme de dolérite de sill. Puis se sont ajoutées d’autres couches sédimentaires et d’autres intrusions de dolérites. De sempiternelles érosions et plusieurs périodes glaciaires ont usé la lisse nappe glacée de la couche sédimentaire, laissant place à cinq buttes résiduelles à sommets plats (mesas) de dolérites résistantes à l’érosion.

Si le parc appartient au nord de la forêt boréale, il s’étend toutefois aux limites nord et est de l’aire de nombreuses plantes poussant dans le sud et dans l’ouest, avec pour résultat une exceptionnelle mixité de végétaux. Le chicouté, la bistorte arctique et la grassette poussent à des centaines de kilomètres au sud de leur habitat habituel. Une tourbière située à l’extrémité sud du parc abrite de rares variétés d’orchidées – le malaxide des marais et l’orchis à feuilles rondes. Près de 24 espèces d’orchidées poussent à cet endroit, dont l’aréthuse bulbeuse, le calypso bulbeux, de même qu’une grande quantité de cypripèdes acaules; les fougères y sont également abondantes.

La faune du parc, très variée, comprend le cerf de Virginie, le renard roux, le porc-épic, l’orignal, l’ours, le loup et le lynx. Plus de 190 espèces d’oiseaux ont été identifiées dans le parc.