Sayram-Ugam nằm trong vùng sinh thái rừng mở Gissaro-Alai, bao gồm khu vực miền núi tại các nút giao của miền Nam Kazakhstan, Tây Kyrgystan, Tajikistan và Uzbekistan, trong dãy núi Pamir và Thiên Sơn. Vùng sinh thái được biết đến với khí hậu phù hợp cho các loài cây ăn quả và lấy hạt như quả óc chó, hồ trăn, lê, hạnh nhân, táo và mận anh đào.[2][3]

Khí hậu ở Sayram-Ugam là khí hậu lạnh, bán khô hạn. Đây là kiểu khí hậu đặc trưng của khí hậu thảo nguyên giữa sa mạc và khí hậu ẩm ướt. Thông thường lượng mưa chỉ ở mức trên sự thoát hơi nước.[4] Ở Sayram-Ugam, nhiệt độ có thể dao động từ −1,9 °C (28,6 °F) trong tháng 1 đến25,9 °C (78,6 °F) vào tháng 7. Lượng mưa trung bình năm là 362 mm, với sự thay đổi giữa vị trí và độ cao.[5]

Vườn quốc gia có bảy vùng độ cao tự nhiên, từ thảo nguyên núi đến núi cao và đỉnh núi phủ đầy băng tuyết.[6] Khoảng một phần ba diện tích là những cánh rừng bao gồm cả những cánh rừng bách xù thưa thớt. Khu vực không có rừng chỉ có những đỉnh núi đá và 11 km vuông của các sông băng. Về thực vật, các nhà khoa học đã ghi nhận có 1.635 loài thực vật tại đây, 35 trong số đó là loài đặc hữu. Sayram-Ugam là nơi được biết đến với nhiều loài cây ăn quả và lấy hạt nổi tiếng ở Kazakhstan như táo, lê, óc chó, mận và nho.[1] Về động vật, đây là nhà của 59 loài động vật có vú, trong đó có 22 loài gặm nhấm. Một số loài hiện hữu có thể kể đến cáo, sói, chó rừng, sơn dương, lợn rừng, hươu nai, chuột đồng đuôi dài, chuột Turkestan.