Auf einer Länge von 48 km erheben sich bis zu 30 m hohe senkrechte Felswände und schroffe rote Sandsteinfelsen, die an ihrem Fuß von üppiger Vegetation bedeckt sind – ein augenfälliger Kontrast zum kargen Buschland der Umgebung. An dieser natürlichen Barriere bleiben oft Wolken hängen, die dann abregnen.
Das zwischen 8 und 16km breite Waterberg Plateau besteht aus ca. 200 Millionen Jahre altem Etjo-Sandstein. Da dieser porös ist, sickert Regenwasser durch die wasserdurchlässigen Sandsteinschichten in die Tiefe, wo es sich auf dem tonhaltigem Sockelgestein staut und an mehreren Stellen am Südosthang als Quellen wieder austritt. Während sich am Fuße des Bergs ein grüner Vegetationssaum ausdehnt, ist das Plateau trocken und sandig.

1999 wurden auf dem Plateau die fossilen Überreste eines Massospondylus aus dem Unterjura gefunden, eine der ältesten bekannten Saurierarten. Eine Replika des bis zu 6m langen Tieres mit langem Hals und kurzen Vorderbeinen, bei dem man davon ausgeht, dass die erwachsenen Tiere sich überwiegend auf den Hinterbeinen fortbewegten, ist im Geological Survey Museum von Windhoek zu sehen.

Die heutige Fauna des seit 1972 als Naturschutzgebiet ausgewiesenen Waterbergs umfasst Wildtiere wie Büffel, Breitmaul- und Spitzmaul-Nashorn sowie Giraffe, Eland, Pferde- und Rappen-Antilope. Auch Paviane, Geparden, Schabrackenhyänen, Leoparden und Warzenschweine kommen vor. Die Schlangenwelt verzeichnet den Nördlichen Felsenpython, den Angola-Zwergpython, Schwarze Mamba, Boomslang und die Puffotter. Eine Besonderheit in der 200 Arten umfassenden Vogelwelt des Parks ist eine kleine Kolonie von Kapgeiern, die mit ihrer imponierenden Spannweite von bis zu drei Metern zu einer stark bedrohten Spezies gehören.
Laut Birdlife.org haben die Kapgeier am Waterberg das Brüten 1995 schlagartig eingestellt, nachdem die Population von 25 auf fünf(!) Exemplare gefallen war. Vermutlich hatten die Vögel durch Insektizideinsatz der Farmer vergiftete Kadaver gefressen. Ein ‘Vulture Restaurant’, das den Geiern ein zusätzliches Nahrungsangebot bietet, sowie ein Fortbildungsprogramm für Farmer mit dem Ziel, ein Geier freundliches Bewusstsein zu schaffen, soll die kleine Population stützen und den Trend ggf. wieder umdrehen. 2004 hat der Fonds für seltene und bedrohte Tierarten (Rare and Endangered Species Trust, REST) 14 Kapgeier (aus Südafrika) im Waterberg-Plateau-Nationalpark freigelassen, die sich zu den damals dort lebenden letzten zwölf Kapgeiern Namibias gesellen sollten.

Am Waterberg begegnen sich zwei verschiedene Vegetationstypen. Die Ebene am Fuße des Berges gehört zu der Dornbuschsavanne. Auf dem Plateau findet man die südwestlichsten Ausläufer der Baumsavanne und des Trockenwaldes, der als einziges bewaldetes Gebiet des Landes besonders interessant ist. Die Vegetation am Berghang schließt Arten aus der Dornbuschsavanne ein.
Sie bildet eine Schranke zwischen den beiden Vegetationstypen. Das Gelände des Waterbergparks wurde bis 1972 landwirtschaftlich genutzt. Dabei wurden die meisten Quellen gefasst und fremde Pflanzen eingeschleppt, die nun fortwährend entfernt werden müssen, da der Park als wiederhergestellte Naturlandschaft vorgesehen ist. Nahe der Quellen bilden wilde Feigenbäume ein dichtes Blätterdach, unter dem üppige Farne den Boden bedecken.
Hier wurde vor vielen Jahren eine besonders interessante Pflanze, die Drosera burkeana, gefunden. Der deutsche der Botaniker und kaiserliche Forstbeamte Kurt Dinter entdeckte die insektenfressende Pflanze, eine Sonnentau-Art, im Jahr 1899 an einem der Quellsümpfe des Waterberges. Seitdem ist sie jedoch nie wieder gefunden worden.

Zu den Baumarten des Waterbergs gehören auch prächtige Exemplare des Karee (Rhus Lancea), Bleiholzbäume (Leadwood), und die dornigen, im Englischen Buffalo Thorn genannten Ziziphus mucronata. Auf dem sandigen Plateau wachsen Sandveldsyringe (Burkea africana), Gelbholzbäume, deren Laub silbrig schimmert und Apfelblattbäume (Lonchocarpus nelsii). Zwischen September und Dezember blühen die Exemplare des gelben Flammenbaumes (Peltophorum africanum). Zwischen den Felsen wachsen auch Lavendel und Kletterfeigen, die sich mit ihren Luftwurzeln förmlich an die Felsen schmiegen. Auf vielen der Felsoberflächen sind zudem Inseln aus farbenfrohen Flechten zu sehen, die zu den 140, teils endemischen Arten gehören, die am Waterberg vorkommen.