อุทยานแห่งชาติถ้ำปลา-น้ำตกผาเสื่อ มีพื้นที่ครอบคลุมพื้นที่วนอุทยานถ้ำปลา และวนอุทยานน้ำตกผาเสื่อ ในท้องที่ป่าสงวนแห่งชาติแม่ปายฝั่งขวา ท้องที่อำเภอเมืองและกิ่งอำเภอปางมะผ้า และด้วยเทือกเขาสูงสลับซับซ้อน แนวเทือกเขาจะทอดยาวตามแนวเหนือใต้ อีกทั้งยังเป็นแหล่งต้นน้ำลำธาร มีเอกลักษณ์ทางธรรมชาติ คือ ถ้ำปลา-น้ำตกผาเสื่อ ที่สวยงามเป็นที่รู้จักของประชาชนทั่วไป เหมาะสำหรับการไปพักผ่อนหย่อนใจอุทยานแห่งชาติถ้ำปลา-น้ำตกผาเสื่อ มีเนื้อที่ประมาณ 488 ตารางกิโลเมตร หรือประมาณ 305,000 ไร่

ตามมติที่ประชุมคณะกรรมการอุทยานแห่งชาติครั้งที่ 1/2540 เมื่อวันที่ 28 มกราคม 2540 เห็นชอบให้กรมป่าไม้ดำเนินการสำรวจ เพื่อจัดตั้งอุทยานแห่งชาติถ้ำปลา-ผาเสื่อ โดยเสนอร่างพระราชกฤษฎีกากำหนดเป็นอุทยานแห่งชาติ กรมป่าไม้จึงได้มีคำสั่งที่ 652/2528 เรื่องแต่งตั้งคณะกรรมการสำรวจพื้นที่เพื่อจัดตั้งอุทยานแห่งชาติ ลงวันที่ 10 เมษายน 2538 และคำสั่งกรมป่าไม้ที่ 240/2539 ลงวันที่ 1 กุมภาพันธ์ 2539 ให้นายพินิต สุวรรณรัตน์ ดำเนินการสำรวจข้อมูลเพิ่มเติม ในพื้นที่วนอุทยานถ้ำปลา และวนอุทยานน้ำตกผาเสื่อ เพื่อจัดตั้งเป็นอุทยานแห่งชาติ

ผลการสำรวจได้รวบรวมพื้นที่ ที่จะจัดตั้งเป็นอุทยานแห่งชาติจำนวน 305,000 ไร่ หรือประมาณ 488 ตารางกิโลเมตร อุทยานแห่งชาตินี้เป็นพื้นที่ป่าอนุรักษ์อย่างแท้จริง และได้กันพื้นที่หมู่บ้านหรือชุมชน ออกจากที่จะประกาศจัดตั้งเป็นอุทยานแห่งชาติแล้ว ประกอบกับทางอุทยานแห่งชาติ ได้ดำเนินการประสานงานกับ หน่วยงานอื่น อาทิเช่น ฝ่ายปกครอง ผู้นำท้องถิ่นอย่างใกล้ชิด จึงไม่มีปัญหามวลชนแต่อย่างใดและต่อมา คณะอนุกรรมการป้องกันและปราบปรามการลักลอบทำลายทรัพยากรป่าไม้ประจำจังหวัดแม่ฮ่องสอน ได้มีการประชุมเมื่อวันที่ 29 พฤษภาคม 2539 ซึ่งมีนายสมเจตน์ วิริยะดำรงค์ ผู้ว่าราชการจังหวัดแม่ฮ่องสอน เป็นประธาน มีมติเห็นชอบให้ดำเนินการจัดตั้งอุทยานแห่งชาติ

คณะกรรมการอุทยานแห่งชาติ ได้มีมติเห็นชอบให้จัดตั้งอุทยานแห่งชาติถ้ำปลา-ผาเสื่อ จังหวัดแม่ฮ่องสอน โดยให้ดำเนินการเสนอร่างพระราชกฤษฎีกากำหนดเป็นอุทยานแห่งชาติต่อไป

เป็นแนวเทือกเขาหลายเทือก สลับเป็นลูกคลื่นต่อเนื่องไป จนจดชายแดนพม่าทางด้านทิศเหนือ มีความลาดชันมาก จุดสูงสุดเป็นยอดเขาดอยลาน สูงประมาณ 1,918 เมตรจากระดับน้ำทะเล อาณาเขตทิศเหนือจดรัฐฉาน สาธารณรัฐสังคมนิยมแห่งสหภาพพม่า ทิศใต้จดห้วยหมากอื้นและห้วยผึ้ง อำเภอเมือง จังหวัดแม่ฮ่องสอน ทิศตะวันออกจดลำน้ำของ กิ่งอำเภอปางมะผ้า จังหวัดแม่ฮ่องสอน ทิศตะวันตกจดรัฐฉาน สาธารณรัฐสังคมนิยมแห่งสหภาพพม่า

จังหวัดแม่ฮ่องสอนมีลักษณะภูมิอากาศ แบบฝนเมืองร้อนเฉพาะฤดูกาล ฤดูฝนเริ่มตั้งแต่กลางเดือนพฤษภาคม ถึงกลางเดือนตุลาคม มีฝนตกชุก ในรอบ 10 ปี มีฝนตกเฉลี่ยสูงถึง 138 วันต่อปี ฤดูหนาวเริ่มตั้งแต่เดือนพฤศจิกายน ถึงเดือนมกราคม อากาศหนาวเย็นและแห้งแล้ง ฤดูร้อนเริ่มตั้งแต่กลางเดือนกุมภาพันธ์ ถึงกลางเดือนพฤษภาคม มีอากาศร้อนอบอ้าวทั่วไป

สภาพป่าพื้นที่อุทยานแห่งชาติถ้ำปลา-ผาเสื่อ เป็นป่าดงดิบชื้น ป่าดิบเขา ป่าสนเขา ป่าเบญจพรรณ ป่าเต็งรัง และทุ่งหญ้า พันธุ์ไม้ที่สำคัญได้แก่ ตะแบกนา เต็ง รัง มะค่าแต้ สัก มะค่าโมง ประดู่ แดง ตะแบกเลือด ตะเคียน สนสองใบ สนสามใบ เป็นต้น

สำหรับสัตว์ป่ายังมีอยู่ชุกชุม เช่น เลียงผา กระทิง ควายป่า หมี เก้ง กวางป่า หมูป่า กระต่ายป่า และนกนานาชนิด ฯลฯ

จากจังหวัดชียงใหม่ มาตามทางอำเภอแม่แตง ก่อนจะถึงอำเภอแม่แตง ก็เลี้ยวซ้ายทางบ้านแม่มาลัย เข้าสู่เส้นทางหลวงจังหวัดหมายเลข 1095 ผ่านอำเภอปลาย ก่อนจะถึงอำเภอเมืองอีกประมาณ 18 กิโลเมตร ก็จะถึงที่ทำการอุทยานแห่งชาติ

จากสนามบินเชียงใหม่ เดินทางโดยเครื่องบินสายการบินไทยจาก เชียงใหม่-แม่ฮ่องสอน มีเที่ยวบินทั้งหมด 4 เที่ยว แล้วเหมารถรับจ้างมายังที่ทำการอุทยานแห่งชาติ ซึ่งอยู่ห่างจากตัวจังหวัดแม่ฮ่องสอนเพียง 18 กิโลเมตร

การเดินทางโดยรถยนต์สายกรุงเทพ-เชียงใหม่ ตามทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 11 และต่อรถยนต์สายเชียงใหม่ - แม่ฮ่องสอน มาทางอำเภอฮอดเข้าอำเภอแม่สะเรียง ผ่านอำเภอแม่ลาน้อย ขุนยวม เข้าไปยังอำเภอเมือง โดยทางหลวงจังหวัดหมายเลข 1095 อีกเป็นระยะทาง 18 กิโลเมตร ก็จะถึงที่ทำการอุทยานแห่งชาติ หรืออีกทางมาทางอำเภอแม่แตง ก่อนจะถึงอำเภอแม่แตง ก็เลี้ยวซ้ายทางบ้านแม่มาลัย เข้าสู่เส้นทางหลวงจังหวัดหมายเลข 1095 ผ่านอำเภอปลาย ก่อนจะถึงอำเภอเมืองอีกประมาณ 18 กิโลเมตร ก็จะถึงที่ทำการอุทยานแห่งชาติเช่นกัน