Климаты
Ұлттық парктегі климат бір қалыпты, жазы жылы, қысы соншалықты қатаң емес. Қыстың жұмсақтығы ауа температурасының күрт білінетін инверсиясынан байқалады. Тау етегінде ауаның орташа температурасы ең суық айдағы (қаңтар) –7,4ºС, ал ең жылы температурасы (шілде) +23ºС. Аязсыз кезең ұзақтығы 181 күн, жылына 560 мм. жауын-шашын болады.
Жалпы алғанда ұлттық парктің климаттық жағдайы табиғи экожүйенің, өсімдіктер, жануарлар дүниесінің өмір сүруі үшін жағымды. Жазғы болсын, қысқы болсын демалыстың алуан түрін дамытуға мүмкіндік береді.
Жер бедері
Парк аумағы тау етегінен бастап шың басына дейін сатылы құрамда. Ең жоғарғы саты – тік, биік және қол жетпес биіктіктер, шың деп аталады (Талғар шыңы, Конституция шыңы, Қазақстанның 25 жылдығы шыңы, Алматы шыңы, Пионер шыңы және басқалар). Мұнда тік, төнген және қатпарлы құздар, терең ойпаттар мен кең қарлы жерлер көп.
Бүкіл Іле-Алатау және ұлттық парк таулары жасына қарай жас таулар, олар салыстырмалы түрде алғанда кейін пайда болған. Ғалымдар олардың құрылымын зерттеп, құралатын қыртыстың атауын айтты. Жоғары таулы белдеудегі құздар палеозой дәуірінен қалған: гранитоид, порфиритьер, кварциттер, құмдықтар және әк тастар. Орташа тау белдеуі ордовикс және карбон жасындағы жыныстардан құралған. Ойпаттар түбін аллювиальдық-пролювиалдық шөгінділер алып жатыр. Төменгі тау етегіндегі саты 30-40 метрге дейінгі қуаттылықпен, тұтас қиыршық тасты борпақ жинақта жатқан орташа төрттік орман түсті сазды қойтас пен малта тастардан құралған.
Гидрологиясы
Ұлттық парктің нағыз сұлулығы ондағы көптеген өзендер мен көлдер екені сөзсіз. Олар тау ауасымен бірге паркке көркем түр беріп, көптеген туристер мен демалушыларды тартады. Ұлттық парк арқасында, көлдер мен өзендер өздерінің бастапқы түрін сақтайды және мұның елді мекендерді сумен қамтамасыз етуде маңызы аз емес.
Ұлттық парктің өзендері қоректенуі мен бұлақ көздерінің орналасуы бойынша үш түрге бөлінеді: жоғары таулы мұздық, орташа таулы және төменгі таулы. Бірінші түрдегі ең ірілері – Шамалған, Қаскелең, Ақсай, Үлкен Алматы, Талғар, Есік, Түрген. Олар мұздықтардан бастау алады, суы барынша толы, өйткені оларға көптеген тау жылғалары құяды.
Орташа тау өзендері, олардың көздері теңіз деңгейінен алғанда кемінде 3000 метрдегі биіктікте орналасқан, атмосфералық жауын-шашынмен және жер асты суларымен қоректенеді. Бұл 15-20 шақырым арнаның тік ағысы (босаға тастар) ұзын және ағысы жылдам өзендер, олардың арасында Қырғауылды, Қотырбұлақ және басқа өзендер бар.
Үшінші түріне тау етегінен бастау алған ұсақ науқанды шағын өзендер, онда көктемде ғана су пайда болады, жазда құрғайды.
Парк аумағында мұздық, тоғандық көлдер және олардың ең ірісі – Үлкен Алматы көлінің құлау-тектоникалық шығу тегі бар. Көлдер мөлшері көлденеңі бойынша 100-ден бастап 150 метрге дейін ауытқиды.