Teren parku pod względem klimatycznym charakteryzuje się pewnym zróżnicowaniem. W części wierzchowin oraz na zboczach południowych i południowo-zachodnich jest ciepło i sucho, w części zboczy północnych i wschodnich, jak również w zacienionych partiach kotlin kamieniołomów – chłodniej i wilgotniej.
Pokrywę glebową parku stanowią na wierzchowinach płytkie i kamieniste Rędziny mieszane, na zboczach północno-zachodnich – rędziny wapienne. Gleby na obszarze dawnego dna kamieniołomu i w pozostałych częściach parku zostały nawiezione w to miejsce w momencie zakładania parku w celu zapewnienia odpowiednich warunków do rozwoju drzew i krzewów.
Roślinność Pierwotne zbiorowiska roślinne wierzchowin stanowiły kompleksy buczyn – bory mieszane i sąsiadujące z nimi grądy wysokie w miejscach silnie nasłonecznionych, zbiorowiska zbocza północnego w miejscach spłaszczeń natomiast – grądy niskie, a w miejscach stromych kompleksy buczyn. Od kilkunastu wieków jednak Krzemionki były pozbawione drzew i krzewów. XVI-wieczne źródła ikonograficzne ukazują w tym miejscu jedynie roślinność charakterystyczną dla ubogich pastwisk, która występowała na całym obszarze Krzemionek z wyjątkiem Szkoły Twardowskiego.