El ecosistema más representativo del Parque es el páramo compuesto por pajonales, turberas, arbustales, pantanos y lagunas, y ocupando el 80% del Área Protegida. También hace presencia el ecosistema de súper-páramo, denominado paisaje lunar donde predominan organismos extremofilos, rocas y cenizas. El Parque Nacional cuenta también con el ecosistema bosque altoandino donde se encuentran gran variedad de vida silvestre. Los glaciares ocupan el 4% del área del Parque y están representados por tres volcanes, el Nevado del Ruiz, el Nevado de Santa Isabel y el Nevado del Tolima, los cuales a partir de su deshielo aportan agua a los cauces iniciales de los ríos que se originan dentro del Parque; cinco de éstos drenan sus aguas en la hoya hidrográfica del Magdalena (Gualí, Lagunilla, Recio, Totare y Coello) y cuatro en la del Cauca (Chinchiná, Campoalegre, Otún y Quindío).