Горы Актау - самое живописное и уникальное по своим ландшафтам место в национальном парке. Это дно древнего моря, некогда заполнявшего Илийскую котловину. По мере исчезновения моря природа создала здесь красивейшие ущелья и каньоны из отвесных стен, сложенных разноцветными слоями пород: от зеленых и красных в нижней части до пестрых и белых в  верхней. Высота отложений достигает 1000 м, основные каньоны сосредоточены в пределах трех основных логов, вытянутых сверху - вниз на протяжении более 5 км. Общая площадь обнажения около 50 кв/км. Горы Актау - это одно из самых крупных палеонтологических местонахождений с отложениями кайнозойской эры, из которых четыре - это разновозрастные костеносные отложения, начиная с эоцена (около 50 млн.  лет) до современности и одно - с отпечатками растений. В результате раскопок были обнаружены многочисленные остатки древних животных, обитавших в разные геологические эпохи (поздний эоцен, верхний олигоцен, ранний миоцен, антропоген), как болотные носороги - бронтотерия, крокодилы, моллюски, черепахи, гигантский носорог,  мастодонты, олени. Полностью сохранивший скелет бронтотерия и три черепа были обнаружены в ходе совместных казахско - американских экспедиционных работ в 1995-97 гг. и являются первыми наиболее полными материалами, найденными в Казахстане. Судя по сохранившимся остаткам стволов, отпечаткам листьев  основной растительностью здесь были ксерофильные леса, состоящие из тополей -  предков современных туранговых, дубов, тугаев.