Le parc est de petite taille, 325 km², et en saison humide plus des 2/3 sont recouverts par le lac Manyara. Les années les plus sèches, le lac peut s'assécher complètement, ce fut par exemple le cas en 1961 et en 2004. Le parc se présente comme une bande de terre allongée, de 50 km de long environ, coincée entre le horst occidental du grand rift et le lac. L'espace entre le lac et la falaise haute de 600 mètres est très réduit, autour de 4 km à l'extrémité nord du parc, pas plus de quelques centaines de mètres au sud.
L'altitude varie entre 960 mètres et plus de 1 600 mètres.
La faune est particulièrement diverse et variée en raison de la grande diversité des biotopes. La forêt tropicale est le territoire des singes, dont la concentration est l'une des plus élevées au monde. Les babouins sont omniprésents, évoluant parfois en colonies de plusieurs centaines d'animaux. Les singes verts et singes bleus y sont également abondants.
Les zones de forêts plus clairsemées et les prairies abritent la faune est-africaine traditionnelle : troupeaux de buffles, girafes et éléphants entre autres. Parmi les prédateurs, les lions se sont adaptés à un environnement très boisé et passent le plus clair de leur temps dans les arbres.
Le lac est un sanctuaire majeur pour les oiseaux. Le parc abrite plus de 400 espèces d'oiseaux différentes, dont d'imposantes colonies de flamants roses et de cigognes. Néanmoins, les populations de flamants ont été décimées au cours de l'été 2004, vraisemblablement suite à la prolifération de cyanobactéries toxiques.
