ได้รับรางวัลยอดเยี่ยม รางวัลอุตสาหกรรมท่องเที่ยวไทย ครั้งที่ 7 ประจำปี 2551 ประเภทแหล่งท่องเที่ยวทางธรรมชาติภาคเหนือ มีพื้นที่ทั้งหมด 1,065,000 ไร่ หรือ ประมาณ 1,704 ตารางกิโลเมตร ครอบคลุมพื้นที่ 8 อำเภอในจังหวัดน่าน คือ อำเภอเฉลิมพระเกียรติ อำเภอท่าวังผา อำเภอปัว อำเภอเชียงกลาง อำเภอทุ่งช้าง อำเภอบ่อเกลือ อำเภอสันติสุข และอำเภอแม่จริม ป่าไม้ในเขตอุทยานแห่งชาติดอยภูคา ประกอบด้วยป่า 6 ประเภท ได้แก่ ป่าดงดิบเขา ป่าดิบแล้ง ป่าเบญจพรรณ ป่าเต็งรัง ป่าสนธรรมชาติ และทุ่งหญ้า เป็นแหล่งของพันธุ์ไม้หายากใกล้สูญพันธุ์และพรรณไม้เฉพาะถิ่น ได้แก่ ต้นชมพูภูคา (Bretschneidera sinensis Hemsl.) ซึ่งเป็นพืชหายากในประเทศไทยจะพบเพียงแห่งเดียวที่ป่าอุทยานแห่งชาติดอยภูคา เป็นไม้ยืนต้นขนาดใหญ่สูงถึง 25 เมตร ออกดอกเดือนมกราคม-ต้นมีนาคม ในเขตป่าดิบเป็นแหล่งกำเนิดต้นเต่าร้างยักษ์ เป็นพรรณไม้เฉพาะถิ่นของอุทยานแห่งชาติดอยภูคา เป็นปาล์มลำต้นเดียวปาล์มดึกดำบรรพ์ มีความสูงประมาณ 40 เมตร ก่วมภูคาเป็นพืชหายาก ลักษณะไม้ต้นผลัดใบ มีความสูง 15-25 เมตร ใบอ่อนสีแดงเว้าเป็น 5 แฉก ใบแก่สีเขียว 3 แฉก เป็นพืชวงศ์เดียวกับเมเปิ้ลใบห้าแฉก และกระโถนพระฤาษี เป็นต้น นอกจากนี้ยังเป็นแหล่งนกเฉพาะถิ่นที่หายาก คือ นกมุ่นรกตาแดง นกพญาไฟใหญ่ และนกพงใหญ่พันธุ์อินเดีย เทือกเขาดอยภูคาประกอบด้วยแนวภูเขาสูงสลับซับซ้อน ซึ่งถือเป็นส่วนหนึ่งของปลายเทือกเขาหิมาลัย โดยมียอดภูคาเป็นยอดเขาที่สูงที่สุดของจังหวัดน่าน สูงถึง 1,980 เมตร จากระดับน้ำทะเล 

       ดอยภูคาเป็นต้นกำเนิดของแม่น้ำหลายสาย เช่น แม่น้ำน่าน ลำน้ำปัว และลำน้ำว้า บริเวณนี้เดิมเคยเป็นทะเลมาก่อน ก่อนจะเกิดการเคลื่อนตัวของแผ่นดินสองผืนใต้ทะเลเข้าหากัน ทำให้แผ่นดินโก่งตัวขึ้น น้ำทะเลใต้ดินระเหยไปเหลือเพียงสินแร่เกลือ ดังที่พบในอำเภอบ่อเกลือ และการค้นพบสุสานหอยทะเลอายุประมาณ 200 ล้านปี บนดอยภูแวที่บ้านค้างฮ่อ ตำบลสะกาด อำเภอปัว มีลักษณะเป็นหอยแครงสองฝา ดร.จงพันธ์ จงลักษณ์มณี นักธรณีวิทยา กรมทรัพยากรธรณี สรุปว่า เป็นซากหอยที่มี ชื่อทางวิทยาศาสตร์ว่า พาลีโอคาร์ดิต้า สปีชี่ (Paleocardita Species) อายุ 195-205 ล้านปี จัดอยู่ในยุคไทรแอสซิก (Triassic) ตอนปลาย 

สถานที่น่าสนใจในอุทยานฯ 

      ชมพูภูคา ดอยภูคานับเป็นบ้านแห่งสุดท้ายของต้นชมพูภูคาพันธุ์ไม้หิมาลัย เมื่อเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2532 ดร.ธวัชชัย สันติสุข ผู้เชี่ยวชาญพฤกษศาสตร์ป่าไม้ กรมป่าไม้ เป็นผู้สำรวจพบเป็นครั้งแรกในเขตอุทยานแห่งชาติดอยภูคา ทุกปีในเดือนกุมภาพันธ์ดอกชมพูภูคาจะผลิดอกตามปลายกิ่งเป็นช่อสีชมพูยาว 30-35 เซนติเมตร เมื่อบานจะทำให้ช่อดอกเป็นพุ่มสวยงาม ชมพูภูคาเป็นพันธุ์ไม้ที่เคยมีการสำรวจพบตามหุบเขาแถบมณฑลยูนนานทางตอนใต้ของประเทศจีนและทางเหนือของเวียดนาม จากนั้นก็ไม่มีรายงานการค้นพบพืชชนิดนี้อีก พื้นที่ป่าดิบเขาดอยภูคาจึงอาจเป็นแหล่งกำเนิดสุดท้ายของชมพูภูคา ซึ่งเป็นไม้หายากใกล้สูญพันธุ์ชนิดหนึ่งของโลก จุดชมต้นชมพูภูคาที่เข้าถึงง่ายที่สุดอยู่ริมถนนห่างจากที่ทำการไป 5 กิโลเมตร เส้นทางศึกษาธรรมชาติชมพูภูคา จัดไว้ 2 เส้นทาง คือ เส้นทางศึกษาธรรมชาติดอกชมพูภูคามีทั้งเส้นรอบใหญ่ ระยะทาง 4 กิโลเมตร ใช้เวลาเดินประมาณ 3 ชั่วโมง และเส้นทางรอบเล็กระยะทาง 2 กิโลเมตร ใช้เวลาเดินประมาณ 1.30 ชั่วโมง ซึ่งจะพบพันธุ์ไม้ที่หายากและพันธุ์ไม้เฉพาะถิ่น สมุนไพร เป็นต้น และเส้นทางศึกษาธรรมชาติป่าดึกดำบรรพ์ (ดอยดงหญ้าหวาย) ระยะทาง 7 กิโลเมตร ใช้เวลาเดินประมาณ 5 ชั่วโมง เป็นแหล่งดูนก ที่มีนกไต่ไม้สีสวยที่พบเพียงแห่งเดียวในประเทศไทย นกชนิดต่าง ๆ และผีเสื้อนานาพันธุ์ด้วย