แม่น้ำเงาเป็นแม่น้ำสายใหญ่ ซึ่งมีความใสสะอาดมาก โดยเฉพาะในหน้าแล้ง สามารถมองเห็นเงาที่สะท้อนอยู่ในน้ำได้ จึงเป็นที่มาของชื่อแม่น้ำ รวมทั้งยังมีสภาพป่าดงดิบริมฝั่งน้ำ อันบริสุทธิ์งดงามที่หาพบได้ยากจากแม่น้ำอื่น อุทยานแห่งชาติแม่เงามีพื้นที่ทั้งหมดประมาณ 257,650 ไร่ หรือ 412.24 ตารางกิโลเมตร ครอบคลุมพื้นที่อำเภอแม่สะเรียง อำเภอสบเมย จังหวัดแม่ฮ่องสอน และอำเภอท่าสองยาง จังหวัดตาก

จากการที่อุทยานแห่งชาติแม่โถ จังหวัดเชียงใหม่ ได้ดำเนินการสำรวจพื้นที่ป่ารอบเขตอุทยานแห่งชาติแม่โถ เพื่อที่จะผนวกเข้าเป็นอุทยานแห่งชาติเพิ่มเติม และได้พบว่าพื้นที่ป่าบริเวณใกล้เคียง ซึ่งอยู่ในจังหวัดแม่ฮ่องสอน ยังมีสภาพป่าที่สมบูรณ์เหมาะสม ที่จะจัดตั้งเป็นอุทยานแห่งชาติแห่งใหม่ และรายงานผลการสำรวจนี้ให้กรมป่าไม้ทราบ กรมป่าไม้จึงได้ออกคำสั่งที่ 1061/2536 ลงวันที่ 24 มิถุนายน 2536 ให้นายนิรันดร์ กมลาพร นักวิชาการป่าไม้ 5 ปฏิบัติงานประจำอุทยานแห่งชาติภูกระดึง กองอุทยานแห่งชาติไปดำเนินการสำรวจข้อมูลรายละเอียดเบื้องต้น พื้นที่ป่าบริเวณป่าสงวนแห่งชาติป่าแม่ยวมฝั่งซ้าย แปลงที่ 2 และพื้นที่ป่าบริเวณใกล้เคียง ในระหว่างวันที่ 19 กรกฎาคม - 17 สิงหาคม 2536

ต่อมากรมป่าไม้ได้ออกคำสั่งที่ 614/2537 ลงวันที่ 17 เมษายน 2537 ให้นายนิรันดร์ กมลาพร ไปดำเนินการสำรวจข้อมูลเพิ่มเติมป่าแม่ยวมฝั่งซ้าย จังหวัดแม่ฮ่องสอน รวมทั้งป่าท่าสองยาง จังหวัดตาก ป่าอมก๋อย จังหวัด เชียงใหม่ และจัดตั้งพื้นที่ดังกล่าวเป็นอุทยานแห่งชาติ โดยให้ทำหน้าที่เป็นหัวหน้าอุทยานแห่งชาตินี้ด้วย และในการประชุมคณะกรรมการอุทยานแห่งชาติ ครั้งที่ 2/2538 วันที่ 18 พฤษภาคม 2538 มีมติเห็นชอบให้จัดตั้งเป็นอุทยานแห่งชาติ ขณะนี้อยู่ระหว่างเสนอร่างพระราชกฤษฎีกา เพื่อกำหนดเป็นอุทยานแห่งชาติต่อไป มีเนื้อที่ประมาณ 257,650 ไร่

สภาพพื้นที่ที่จัดตั้งอุทยานแห่งชาติ มีสภาพเป็นเนินเขาสูงชัน จึงเป็นต้นน้ำลำธารของแม่น้ำหลายสาย ซึ่งส่วนใหญ่ลำน้ำเหล่านี้ไหลไปลงแม่น้ำสาละวิน จึงมีสภาพเป็นต้นน้ำลำธารของ สหภาพพม่า ด้วยระบบทางน้ำธรรมชาติ ของพื้นที่จัดตั้งอุทยานแห่งชาตินี้ ส่วนใหญ่มีรูปแบบคล้ายต้นไม้ ซึ่งรูปแบบชนิดนี้มีแม่น้ำใหญ่ เปรียบเสมือนลำต้นและมีสาขาย่อย ๆ แยกออกเป็นกิ่งก้านของลำต้น ลำน้ำส่วนใหญ่จะไหลจากทิศตะวันออก ลงสู่ทิศตะวันตก ลำน้ำจะมีน้ำไหลตลอดปี มีลำน้ำและลำห้วยที่สำคัญ ได้แก่

น้ำแม่เงา เป็นลำน้ำสายสำคัญที่สุดในพื้นที่นี้ เนื่องจากเป็นลำน้ำที่ยาวที่สุดไหลผ่านพื้นที่จัดตั้ง อุทยานแห่งชาติ ซึ่งไหลผ่านพื้นที่มีความยาวประมาณ 42 กิโลเมตร โดยเริ่มจากบริเวณบ้านสบโข่งไหลขึ้นเหนือถึงบริเวณสบเงา มาบรรจบกับแม่น้ำยวม แม่น้ำเงาเป็นเส้นแบ่งของจังหวัด โดยพื้นที่ตะวันตกเป็นอำเภอท่าสองยาง จังหวัดตาก และพื้นที่ทางตะวันตกจะเป็นอำเภอสบเมย จังหวัดแม่ฮ่องสอน ลักษณะของลำน้ำมีความใสมาก จึงได้ชื่อว่าแม่น้ำเงา ความกว้างประมาณ 10-20 เมตร ไหลคดเคี้ยวไปมาในฤดูฝนน้ำจะเชี่ยวมาก ชาวเขาจะใช้ลำน้ำนี้เป็นเส้นทางคมนาคมโดยทางเรือ ในการติดต่อกับอำเภอสบเมย ลำห้วยในพื้นที่ที่ไหลลงสู่ แม่น้ำเงามีหลายสาย เช่น ห้วยแม่เลาะน้อย ห้วยแม่บาง ห้วยแม่เละละโคร ห้วยโอโละโกร ห้วยโกงอูม เป็นต้น

น้ำแม่ยวม ไหลมาจากอำเภอขุนยวม ผ่านอำเภอแม่ลาน้อย อำเภอแม่สะเรียง มาบรรจบกับแม่น้ำเงาที่บ้านสบเงา ตำบลแม่สอด อำเภอสบเมย และไหลไปบรรจบกับแม่น้ำเมยที่บ้านสบยวม ตำบลแม่สามแลบ แล้วไหลลงสู่แม่น้ำสาละวิน แม่น้ำสายนี้ยาวประมาณ 215 กิโลเมตร เป็นแม่น้ำสายสำคัญสายหนึ่งของจังหวัด แม่ฮ่องสอน ช่วงที่ไหลผ่านอุทยานฯ ยาวประมาณ 14 กิโลเมตร อยู่ทางทิศตะวันตกของพื้นที่ แม่น้ำสายนี้ไหลจาก ทางทิศเหนือลงสู่ทางใต้

แม่น้ำริด ไหลผ่านตำบลกองก๋อย ตำบลแม่สวด บรรจบกับแม่น้ำยวมทางด้านใต้ของบ้านแม่สวด ลำน้ำนี้ไหลจากทางทิศตะวันออกมาทางตะวันตก อยู่เหนือสุดของพื้นที่อุทยานแห่งชาติแม่เงา ห้วยแม่โขง ไหลมาจากอำเภออมก๋อย จังหวัดเชียงใหม่ มาบรรจบกับน้ำแม่เงาที่บ้านสบโขง

เนื่องจากอุทยานแห่งชาติแม่เงา ประกอบด้วยเทือกเขาสูงสลับซับซ้อน และเป็นแหล่งต้นน้ำลำธาร ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของฤดูกาลต่างๆ ดังนี้ ฤดูฝน ระหว่างเดือนมิถุนายน-ตุลาคม มีปริมาณน้ำฝนเฉลี่ยต่อปี 1,120 มิลลิเมตร ฤดูหนาว เริ่มตั้งแต่เดือนพฤศจิกายน-กุมภาพันธ์ ด้วยสภาพเป็นพื้นที่สูงและเทือกเขา จึงทำให้อากาศหนาวเย็นและมีหมอกมาก ฤดูร้อน ระหว่างเดือนมีนาคม-พฤษภาคม ซึ่งจะมีอุณหภูมิเฉลี่ยสูงสุด 35 องศาเซลเซียส

สภาพป่าไม้ในบริเวณที่จัดตั้งอุทยานแห่งชาติแม่เงา จะพบได้ 3 ชนิด คือ
ป่าเบญจพรรณ เป็นป่าที่มีไม้ชนิดต่างๆ ขึ้นอยู่มาก และส่วนใหญ่เป็นพันธุ์ไม้ชนิดผลัดใบ ป่าชนิดนี้มักจะเกิดตามเนินเขา ซึ่งส่วนใหญ่เป็นดินร่วนปนทรายหน้าดินลึก จะพบสองฝั่งลำน้ำเงา ต้นไม้ที่ขึ้นอยู่มีทั้งไม้ขนาดใหญ่และขนาดกลางหลายชนิด ทำให้ป่าดูแน่นทึบเขียวชอุ่มในฤดูฝน พันธุ์ไม้ที่สำคัญที่พบมาก ได้แก่ สัก แดง รกฟ้า เก็ดแดง เก็ดดำ ประดู่ ขึ้นปะปนอยู่ ส่วนพืชพื้นล่างประกอบด้วย หญ้าชนิดต่างๆ และไผ่หลายชนิด เช่น ไผ่บง ไผ่ซาง ไผ่ข้าวหลาม เป็นต้น

ป่าดิบเขา ครอบคลุมพื้นที่ส่วนใหญ่ของพื้นที่จัดตั้งอุทยานแห่งชาติ มักจะเกิดขึ้นบนพื้นที่ ซึ่งมีระดับความสูงจากระดับน้ำทะเลปานกลาง ตั้งแต่ 1,000 เมตรขึ้นไป สภาพป่ามองดูเขียวชอุ่มตลอดปี และมีต้นไม้ขึ้นหนาแน่น พบมากตามยอดเขาสูง พันธุ์ไม้ที่สำคัญได้แก่ ก่อชนิดต่างๆ และพันธุ์ไม้จำพวกอิงอาศัย เช่น กระเช้าสีดา มอส ซึ่งเกาะตามกิ่งไม้ ส่วนพืชพื้นล่างประกอบด้วยเฟิน กล้วยไม้ดิน พืชตระกูลขิงข่า เป็นต้น

ป่าเต็งรัง พบในบริเวณเนินเขา ไหล่เขาและเชิงเขา โดยเฉพาะพื้นที่ที่มีหินโผล่ มีลักษณะเป็นป่าโปร่ง มีพันธุ์ไม้เด่น ได้แก่ เต็ง รัง พลวง เหียง ส้าน มะขามป้อม ยอป่า พืชพื้นล่างเป็นพวกหญ้าตระกูลต่างๆ

เนื่องจากพื้นที่จัดตั้งอุทยานแห่งชาติเป็นภูเขาสูง มีเทือกเขาสลับซับซ้อน อีกทั้งสภาพป่าที่สมบูรณ์เป็นแหล่งอาหาร และที่อยู่อาศัยของสัตว์ป่าเป็นอย่างดี การลักลอบล่าสัตว์ป่ายังมีน้อย ทำให้สัตว์หลากหลายชนิด อยู่ชุกชุมบริเวณพื้นที่ สามารถจำแนกออกเป็นประเภทต่างๆ ดังนี้

สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม จากการสอบถาม จากร่องรอยและจากการสำรวจในพื้นที่ประกอบด้วย หมูป่า อีเห็นข้างลาย หมีควาย เก้ง ลิง ค่าง ชะนี เลียงผา กระรอกบิน หมาจิ้งจอก หมาไน กระต่ายป่า อ้นเล็ก

นก ที่สามารถพบเห็น ได้แก่ ไก่ป่า นกกาเหว่า นกเอี้ยง นกเขาหลายชนิด นกแซงแซว สาลิกา นกกระปูด นกคุ้มอกลาย นกกาฮัง นกไต่ไม้ นกบั้งรอกใหญ่ นกฮูก นกกระรางหัวขวาน นกขุนแผน นกกระจิบ นกตะขาบทุ่ง

สัตว์เลื้อยคลาน ที่พบมากได้แก่ งูเห่า งูสามเหลี่ยม งูเหลือม งูสิง

สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก มีอยู่หลายชนิดทั่วไปในพื้นที่ โดยเฉพาะเขียดแลว พบมากในบริเวณน้ำแม่เงา

ปลา จะพบอยู่ตามลำน้ำสายต่างๆ ได้แก่ ปลากระทิง ปลาแรด ปลาเขียวหางแดง ปลาบู่ ปลากดคัง ปลาแข้ เป็นต้น

เริ่มจากตัวจังหวัดเชียงใหม่ ไปตามทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 108 ถึงอำเภอแม่สะเรียง แยกเข้าทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 105 ถึงอำเภอสบเมย ระยะทาง 25 กิโลเมตร เดินทางต่อไปอีก 15 กิโลเมตร ถึงบ้านแม่เงา แยกซ้ายไปตามถนนคอนกรีต ระยะทาง 4 กิโลเมตร ก็จะถึงที่ทำการอุทยานแห่งชาติแม่เงา ในฤดูฝนและฤดูหนาว สามารถเดินทางโดยเรือยนต์จากบ้านแม่เงา ไปยังที่ทำการอุทยานแห่งชาติถึงบ้านแม่เงาได้