Killarney nằm ở phía tây nam của Ireland, gần điểm cực tây của hòn đảo.[1] Hồ Killarney và dãy núi Mangerton, Torc, Shehy, Purple đều nằm trong ranh giới của vườn quốc gia.[4] Độ cao tại đây dao động từ 22 mét (72 ft) tới 842 mét (2.762 ft).[8] Một đường phân định giữa đá sa thạch đỏ cổ và đá vôi Carbon cũng nằm trong vườn quốc gia. Phần lớn diện tích trong vườn quốc gia có địa chất là sa thạch với các vách đá vôi tại bờ thấp phía đông của Lough Leane.[3] Lough Leane là hồ có diện tích lớn nhất trong số các hồ Killarney và chứa tới 30 đảo nhỏ trong đó. Một số du khách tận dụng các chuyến đi thuyền đến Innisfallen, một trong những hòn đảo trong hồ Lough Leane là nơi có tu viện Innisfallen, một trong những tàn tích Kitô giáo ấn tượng.

Vườn quốc gia Killarney có khí hậu ôn đới hải dương, chịu ảnh hưởng sâu sắc của Hải lưu Gulf Stream. Tại đây có mùa đông ôn hòa với nhiệt độ trung bình tháng 2 là (6 °C (43 °F) và mát mẻ vào mùa hè với nhiệt độ trung bình tháng 7 là 15 °C (59 °F).[9] Nhiệt độ trung bình hàng ngày dao động từ mức thấp nhất 5,88 °C (42,58 °F) vào tháng 1 và cao nhất là 15,28 °C (59,50 °F) vào tháng 7. Killarney có lượng mưa lớn và front thời tiết thay đổi,[10] với những trận mưa nhẹ xảy ra trong suốt cả năm.[9] Lượng mưa trung bình tại đây là 1.263 milimét (49,7 in) một năm,[2] với 223 ngày có lượng mưa lớn hơn 1 milimét (0,039 in).[10] Số ngày trung bình có sương giá trong năm là 40 ngày.[2]

Địa hình và phạm vi rộng lớn của vườn quốc gia và ảnh hưởng khí hậu bởi Hải lưu Gulf Stream kết hợp với nhau tạo cho vườn quốc gia có một hệ sinh thái đa dạng.[1] Hệ sinh thái ở đây gồm đầm lầy, hồ, đồng hoang, núi, sông ngòi, rừng, công viên và vườn.[5] Trồi lên mặt đất là những vách đá lởm chởm, một đặc điểm điển hình tại Killarney. Ở độ cao trên 200 mét (660 ft), các khu vực núi đá sa thạch hỗ trợ khu vực rộng lớn của đầm lầy và đồng hoang.[10]