El Cerro Santa Inés es una elevación de 689 msnm que forma parte de la Cordillera de la Costa chilena. Está ubicado en el límite austral de la Región de Coquimbo, frente a la bahía de Pichidangui y su importancia se debe principalmente a la presencia de un bosque relicto de olivillo que se extiende por las quebradas y laderas de orientación sur, cerca de la cumbre. Aunque la cima se encuentra claramente en la IV Región, el límite regional pasa justo detrás de la cumbre del Santa Inés, de modo que una porción significativa de sus laderas sur, donde está ubicado el parque natural, pertenecen administrativamente a la V Región de Valparaíso. Las características y el endemismo de las comunidades vegetales presentes en este bosque relicto, así como la forma en que ellas obtienen una ganancia natural de recursos hídricos desde la neblina costera, son similares a las del conocido fenómeno del bosque de niebla del Parque Nacional Fray Jorge, con el que se le suele comparar.

Aparte del olivillo que domina un paisaje florístico similar al bosque valdiviano, se han descrito aquí cerca de doscientas especies con una alta proporción de endemismo, en muchos casos fuertemente vulnerables y varias en grave peligro de extinción. Aunque muchas de las especies presentes se repiten en el Parque Nacional Fray Jorge, el bosque del Santa Inés representa el límite boreal de la distribución de algunas otras, como el lúcumo chileno (pouteria splendens), el avellanillo (lomatia dentata) y passiflora pinnatistipula, que en Chile se denomina «pasionaria» o «flor de la pasión». Estas dos últimas, junto a Escallonia revoluta se encuentran de manera casi exclusiva en el bosque de Santa Inés. Por otra parte, cuatro de las especies presentes en Fray Jorge — Drimys winteri, Mitraria coccinea, Sarmienta repens y Griselinia scandens — no se hallan en los registros de comunidades vegetales del Cerro Santa Inés.
La población de pouteria splendens fue lamentablemente dañada por un incendio y en la regeneración natural posterior se impuso en su lugar el litre (Lithraea caustica), de modo que los grandes ejemplares de lúcumo chileno son hoy bastante más escasos en el bosque (p. splendens solo queda en el borde costero entre Los Molles y Pichidangui, pero de menor altura y también bajo amenaza por el crecimiento del sector inmobiliario y por los depósitos ilegales de basura en la zona sur de Pichidangui.
La presencia súbita de claros de un área mayor favorece la proliferación de especies más adaptadas a las condiciones áridas, en desmedro de las especies relictas, se ha observado también el fenómeno de ejemplares jóvenes de olivillo creciendo bajo el amparo de Lithraea caustica, por lo que se postula para esta última un papel de nodriza en la dinámica de regeneración del bosque. En la zona comprendida entre el Río Quilimarí hasta el límite regional se han registrado 199 especies nativas, un 62% de ellas endémicas. Seis de estas especies están catalogadas como «en peligro de extinción»:

Aunque se trata de un enclave relativamente reducido de profusa vegetación arbórea en una zona árida, la situación del Santa Inés ha favorecido la presencia de fauna que normalmente encuentra su hábitat en el sur del país, especialmente gran variedad de aves: Patagioenas araucana (torcaza), Aphrastura spinicauda (rayadito), Sylviorthorhynchus desmursii (colilarga), Pygarrhichas albogularis (comesebo), Accipiter bicolor chilensis (peuquito) y pájaro carpintero. Además de las aves, en el área del bosque hay zorro chilla (Lycalopex griseus), diversos roedores y conejos, sapito de cuatro ojos (Pleurodema thaul), lagartija parda y lagarto de zapallar, entre otros.
Frecuentemente se trata del registro más boreal de una especie, como en el caso del colilarga (Sylviorthorhynchus desmursii) que ha sido observado allí en las quebradas pobladas por quilas (Chusquea quila) (Reid et al. 2002)