Природные условия национального парка определяются его положением на окраине обширной Алтае-Саянской горной области в зоне контакта Западно-Сибирской низменности и Среднесибирского плоскогорья. Согласно лесорастительному районированию Красноярского края, территория Столбов относится к Манско-Канскому округу горно-таежных и подгольцово-таежных кедровых лесов (Типы лесов..., 1980).

Из-за непосредственной близости Красноярской котловины в сочетании с горным рельефом здесь выражена переходная полоса между лесостепью и горной тайгой. Верхний пояс (80% от общей площади нацпарка) представлен среднегорной темнохвойной тайгой (пихта, ель, кедр), а нижний - лиственно-светлохвойными лесами низкогорий (сосна, лиственница, береза, осина).

Территория национального парка “Красноярские Столбы” представляет собой междуречье правых притоков Енисея: рек Базаихи, Маны и Большой Слизневой. При продвижении с севера на юг абсолютные отметки высот этого междуречья медленно возрастают от 200 до 832 м н. у. м.

Территорию нацпарка с северо-запада на юго-восток пересекает извилистая дуга основного водораздела. Он состоит из переходящих один в другой хребтов: Листвяжного, Центрального и Кайдынского. Самый южный из них - Кайдынский – простирается в юго-восточном направлении на 11 км. Его высоты превышают 700 м (наивысшая точка - 832 м над уровнем моря). Этот хребет представляет собой типичный участок выровненной поверхности древнего пенеплена, его северо-восточный склон опускается к реке Базаихе покатыми, лесистыми склонами, расчлененными на ряд второстепенных блоков. Южный склон хребта крут, сильно эродирован, изрезан узкими долинами многочисленных ручьев и притоков р. Маны, берег которой местами обрывистый, с выходами скальных пород.

Севернее Кайдынского хребта лежит Центральный (Абатакский) хребет. Его слабо вытянутая к югу дуга простирается на 16 км с запада на восток через центральные районы нацпарка. Высоты хребта колеблются от 600 до 700 м. На восточной его оконечности возвышается гора Абатак (803 м н.у.м.). Средняя часть хребта представлена обширными, плоскими, сильно заболоченными плато. На восточной оконечности он расчленен узкими долинами речек с крутыми склонами.

Основной водораздел заканчивается на севере Листвяжным хребтом, протянувшимся к югу на 12 км. Его высоты не превышают 700 м, склоны значительно изрезаны многочисленными ручьями. На водораздельном пространстве часто встречаются небольшие скалы и узкие (до 1-2 м) гребешки, сложенные интрузивными породами. На окраинных его частях возвышаются крупнейшие скальные массивы, известные под названиями “Второго Столба”, “Крепости” и “Развалов”.

Особо выделяется рельеф так называемого Столбинского нагорья и отходящих от него узких грив: Каштачной, Такмаковской и хребта Откликного. Это район сиенитовой интрузии, высотой 600–700 м, сильно расчлененный ручьями и речками. Кроме того, рельеф усложнен повсеместными выходами древних сиенитовых скал.

Территория заповедника несет хорошо развитую гидрографическую сеть (0,63 км/км2), общей протяженностью более 300 км. Она группируется в четыре различных по площади водосборных бассейна: Маны, Базаихи, Большой Слизневой и собственно Енисея.

Основной водораздельный хребет смещен в сторону Маны. На протяжении 27 км ее правое побережье является границей национального парка. Вот что писал о Мане и ее берегах А.Я.Тугаринов: “...Самая значительная и многоводная река этой части уезда - Мана. Она красиво вьется среди гор широкой прихотливой лентой, иногда сужаясь до 2-3 десятков саженей, и тогда несется стремительно в скалистых отвесных берегах. Все течение Маны – редкий калейдоскоп разнообразных картин сибирской природы, мрачной и величественной, грозной и дикой. Голые темные скалы, покрытые лишаями и мхом с ниспадающими каскадами ручьев, чередуются с борами, смешанными лесами, глухими задумчивыми ельниками” (Тугаринов, Бутурлин, 1911). ... на Мане имеется около 20 островов и 10 заливов, часть из них создана искусственно во время лесосплава. Местами ширина реки доходит до 200 м. Глубина на перекатах 40-60 см и 20-30 м на “ямах”. Скорость течения в среднем 5 км/час. Температура воды в реке зимой близка к нулю, а в июле +17°С (в отдельные дни до +25°). Правобережные притоки Маны, за исключением Большого и Малого Индея, коротки, маловодны, имеют крутое падение и неразработанные долины, нередко протекают в узких падях".

Второй по величине пограничной рекой нацпарка является Базаиха. Все, что сказано А. Я. Тугариновым о красоте берегов Маны, в полной мере можно отнести и к Базаихе. Однако она значительно чаще меняет русло. Это связано с тем, что долина реки сложена мощными рыхлыми отложениями, которые постоянно размываются меандрирующей рекой, образуя большое количество островков, полуостровов и затонов, проток и заболоченных стариц. Ширина поймы колеблется от 40 до 250 м, а реки – 12–32 м. В летнее время глубина реки 16-45 см, и лишь на отдельных “ямах” достигает 2 м. Скорость течения колеблется в пределах 2-4 км в час. Притоки Базаихи, протекающие по национальному парку, протяженнее, чем притоки Маны. Их долины лучше разработаны, часто с плоскими днищами и крутыми бортами.

Западной границей нацпарка на протяжении 16 км является третья по величине таежная речка Большая Слизнева. Она протекает по широкой и заболоченной долине, сплошь покрытой елово-пихтовой тайгой. Ширина речки 2–3 м. Летом температура воды в ней не превышает +8° С из-за обилия родниковых ключей и мелких притоков, сильной затененности, мощных наледей и длительного промерзания почвы.

Из речек, протекающих по территории национального парка, особого внимания заслуживает Калтат (22 км). Он берет начало с Центрального хребта и в верховьях течет среди темнохвойной горной тайги. В среднем и нижнем его течении встречаются отвесно обрывающиеся скалы, заросшие сплошным покровом мха и лишайника, курумники, причудливой формы останцы, а также небольшие, но прекрасные в летнюю пору луга. Ближе к устью, на левом берегу светлохвойные леса уступают место степной растительности. Летом температура воды в Калтате от истоков до устья медленно поднимается от 5° до 19°.

Широко представлена в нацпарке сеть больших ручьев со средней протяженностью около 7 км и падением 45 м на километр. Их русла сильно захламлены. Некоторые в нижнем течении имеют хорошо разработанные долины с небольшими лугами. Зимой большие ручьи часто промерзают, в результате чего образуются наледи, нередко закрывающие всю долину полутораметровым слоем льда, который стаивает лишь к началу июля.

Самую многочисленную группу водоемов представляют малые ручьи и родники. Протяженность их около 2 км, падение 70-180 м на километр. Их долины не разработаны и представляют собой распадки каньонообразного типа. В зимнее время малые ручьи местами не замерзают даже в самые сильные морозы. Температура воды в них зимой от -2° до -4°С, летом от +4° до +7°С.

Густая гидрографическая сеть в сочетании с горным рельефом обеспечивают хороший дренаж территории нацпарка, поэтому грунтовое заболачивание развито очень слабо, что способствует повышению плодородия почвы. Создаются благоприятные условия для развития растительности.

Основу почвенного покрова нацпарка составляют два типа почв. Горно-подзолистые почвы покрывают 86% от площади парка и приурочены к поясу горной темнохвойной тайги (500–800 м н.у.м.), а горные серые почвы развиты под лиственно-светлохвойными породами (200–500 м), на 8% площади нацпарка. Еще 8 типов почв встречаются отдельными фрагментами в обоих поясах.

Расчлененность рельефа обусловила взаимопроникновение основных типов почв из одного пояса в другой. Так, в нижнем поясе, по долинам речек получили развитие горно-подзолистые почвы, а в верхнем – на хребтах и их южных склонах развились горные серые лесные.

Все типы почв национального парка имеют общие особенности: малую мощность, щебнистость или хрящеватость, слабую дифференцированность профилей на генетические горизонты, слабое развитие грунтово-застойного заболачивания, а также отсутствие засоления. Абсолютное большинство почв имеет тяжело-суглинистый и легко-суглинистый характер и классифицируется как остаточно-серые. Это свидетельствует о том, что современному таежно-лесному ландшафту предшествовал лесостепной (Коляго, 1961). В северо-западной части парка находится карстовая пещера около 200 м глубиной с многочисленными гротами и подземным озером.