อุทยานแห่งชาติทะเลบัน พื้นที่ส่วนใหญ่เป็นภูเขาสลับซับซ้อนมีเนื้อที่ทั้งหมด 196 ตารางกิโลเมตร ทางด้านตะวันออกเป็นภูเขาหินแกรนิตและแกรโนไดโอไรต์ ลักษณะดินมีความอุดมสมบูรณ์ค่อนข้างสูงจึงอุดมไปด้วยพืชพรรณป่าไม้ที่ขึ้นอย่างหนาแน่น แต่จะมีการสึกกร่อนพังทะลายของดินได้ง่าย เนื่องจากมีความลาดชันสูง ส่วนทางตะวันตก มีลักษณะเป็นเทือกเขาหินปูนที่ยังไม่มีการสลายตัว หินดินดานและหินควอร์ตไซต์ แต่เนื่องจากปัจจัยทางธรรมชาติของน้ำใต้ดิน ทำให้เกิดการกัดเซาะเป็นร่องรอยหรือรูโหว่ขนาดใหญ่ กลายเป็นถ้ำต่าง ๆ หลายแห่ง เช่น ถ้ำโตนดิน ถ้ำลอดปูยู นอกจากนี้การเกิดของบึงทะเลบันก็เช่นเดียวกัน ซึ่งเกิดจากการยุบตัวของโพรงถ้ำหินปูนใต้ดินระหว่างหุบเขายอดเขาสูงที่สุดของพื้นที่นี้ คือ เขาจีน สูงประมาณ 756 เมตร จากระดับน้ำทะเลปานกลาง

ลักษณะภูมิอากาศ
ลักษณะภูมิอากาศโดยทั่วไป เนื่องจากจังหวัดสตูลเป็นจังหวัดที่ตั้งอยู่ริมทะเลด้านตะวันตกของภาคใต้ติดต่อกับประเทศมาเลเซีย ฉะนั้นบริเวณภูมิภาคแถบนี้จึงได้บอิทธิพลเต็มที่จากลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ พัดมาจากมหาสมุทรอินเดียในเดือนพฤษภาคมถึงเดือนตุลาคม เป็นระยะที่ลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้อ่อนกำลัง ก็จะมีลมมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือ จากประเทศจีนพัดเข้ามาแทนที่ แต่เนื่องจากจังหวัดสตูลอยู่ทางด้านตะวันตกของฝั่งทะเลและอยู่ปลายลม จึงไม่ค่อยได้รับอิทธิพลมากนักจากลมมรสุมนี้ อย่างไรก็ตามในระหว่างเดือนตุลาคมถึงเดือนพฤศจิกายน ก็ยังคงมีฝนตกชุกอยู่ หลังจากนี้ไปฝนจะเริ่มน้อยลงตามลำดับ ในช่วงเดือนธันวาคมถึงเดือนมีนาคม เป็นช่วงที่มีอากาศแห้งแล้ง เนื่องจากลมมรสุมตะวันออกเฉียงเหนืออ่อนกำลังลง และในเดือนกุมภาพันธ์จะมีลมมรสุมตะวันออกเฉียงใต้พัดเข้ามาแทนที่ เนื่องจากลมนี้พัดมาจากบริเวณความกดอากาศสูงในทะเลจีนใต้ซึ่งเป็นลมร้อนและชื้น ฉะนั้นในช่วงเดือนนี้จึงทำให้อุณหภูมิสูงขึ้นในระยะนี้จังหวัดสตูลจึงมีฝนตกน้อยกว่าระยะอื่นของปี จากสถิติสภาพภูมิอากาศของอุทยานแห่งชาติทะเลบัน ซึ่งทำการเก็บข้อมูลที่สถานีตรวจวัดอากาศ จังหวัดสตูลในเขตละติจูดที่ 6 องศา 39 ลิปดาเหนือและลองจิจูดที่ 100 องศา 05 ลิปดาตะวันออกในช่วงระยะเวลา 13 ปี ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2521-2533 อิทธิพลต่าง ๆ จกสภาพภูมิอากาศทำให้เกิดฤดูกาล 2 ฤดู คือ ฤดูร้อนอยู่ระหว่างเดือนกุมภาพันธ์ - มิถุนายน อากาศจะร้อนมากในเดือนเมษายนของทุกปี ซึ่งมีอุณหภูมิและค่าการระบายค่อนข้างสูง มีระยะยาวนานของแสงแดดค่อนข้างสูง ส่วนฤดูฝนอย่างระหว่างเดือนสิงหาคม-พฤศจิกายน มีค่าความชื้นสัมพันธ์มาก
จากข้อมูลภูมิอากาศของสถานีตรวจอากาศจังหวัดสตูล พอสรุปได้ดังนี้
1. อุณหภูมิ อุณหภูมิเฉลี่ยทั้งปี 27.5 องศาเซลเซียส เดือนที่มีอุณหภูมิสูงสุด คือเดือนเมษายน มีอุณหภูมิสูงถึง 38.9 องศาเซลเซียส และเดือนที่มีอุณหภูมิต่ำสุดคือ เดือน กุมภาพันธ์ 17 องศาเซลเซียส
2. ความชื้นสัมพัทธ์ ความชื้นสัมพัทธ์เฉลี่ยตลอดปี 78 เปอร์เซ็นต์ สำหรับความความชื้นสัมพัทธ์สูงสุดเฉลี่ยจะเกิดในเดือนกันยายนและตุลาคม ซึ่งสูงถึง 95 เปอร์เซ็นต์ ส่วนความชื้นสัมพัทธ์ต่ำสุดเฉลี่ยจะเกิดในเดือนกุมภาพันธ์ซึ่งมีเพียง 45 เปอร์เซ็นต์
3. ปริมาณน้ำฝน ประมาณน้ำฝนเฉลี่ยทั้งปี 2204.9 มิลิเมตร เดือนที่มีปริมาณฝนตกน้อยที่สุดเดือนมกราคม วัดได้โดยเฉลี่ย 10.4 มิลลิเมตร

สภาพป่าไม้โดยทั่วไปเป็นป่าดิบชื้น ประมาณ 90% ของพื้นที่ นอกจากนั้นเป็นป่าเบญจพรรณ ป่าชายเลน สัตว์ป่ามีมากกว่า 400 ชนิด สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมกว่า 60 ชนิด นก 304 ชนิด สัตว์เลื้อยคลาน 40 ชนิด สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก 20 ชนิด และสัตว์น้ำอีกหลายร้อยชนิด

การเดินทางจากกรุงเทพฯ - จังหวัดสตูลประมาณ 970 กิโลเมตร และจากตัวเมืองสตูลใช้ทางหมายเลข 406 ประมาณ 19 กิโลเมตร แล้วแยกขวาเข้าทางหลวงหมายเลข 4184 อีกประมาณ 20 กิโลเมตร ก็จะถึงที่ทำการอุทยานฯ