Dieser im Nordosten Boliviens, im Departamento Santa Cruz an der Grenze zu Bolivien liegende Nationalpark ist mit einer Fläche von 15.234 km² fast so groß wie das Bundesland Schleswig-Holstein. Das Gebiet wurde 1979 zum Nationalpark erklärt, im Jahr 2000 wurde der Nationalpark Noel Kempff Mercado in die Liste des Weltnaturerbes der UNESCO aufgenommen.
Der Nationalpark Noel Kempff Mercado ist sehr wasserreich und von vielen Flüssen mit Wasserfällen, Lagunen und Überschwemmungsgebieten durchzogen. Die vielfältige Vegetation reicht von tropischem Regenwald über Trockenwald bis zu Savannen. Eine riesige Abbruchkante aus Sandstein ragt 600 m hoch aus dem Regenwald. Es gibt zahlreiche Wasserfälle. Durch die hohe Vielfalt an Lebensräumen auf einem kleinen Gebiet ist der Park ungewöhnlich artenreich, neben den 4000 Pflanzen- und zahlreichen Insektenarten sind 139 Säugetier-, 621 Vogel-, 75 Reptilien-, 62 Amphibien- und 250 Fischarten bekannt. Unter den im Nationalpark Noel Kempff Mercado lebenden Säugetierarten gehören Puma, Jaguar, Tapir, Pekari, Waldhund, Riesenotter und Mähnenwolf. Insgesamt sind 33 der im Park lebenden Säugetierarten vom Aussterben bedroht.
Das Klima ist tropisch feucht-heiß, es fallen bis zu 2.500 mm Niederschlag jährlich. Das Gebiet ist kaum besiedelt, kaum mehr als 1.500 Menschen, meist Nachfahren der Gummizapfer, leben hier. Touristisch ist der Park nur in geringem Umfang erschlossen. Der Park kann meist nur während der Trockenzeit (April bis Oktober) erreicht werden. Ausgangspunkte für geführte Ausflüge sind Flor de Oro und Los Fierros, wo sich Unterkunftsmöglichkeiten und Besucherinformationszentren bestehen.
Der Park trug zunächst den Namen Huanchaca-Nationalpark und wurde 1988 zu Ehren des Biologen Professor Noel Kempff Mercado umbenannt, der sich um die Gründung des Parks verdient gemacht hatte und der 1986 bei einer Forschungsmission im Park von Drogenschmugglern ermordet worden war.
Der Bericht einer Expedition in das außergewöhnliche Gebiet des heutigen Parks im Jahre 1910 inspirierte den Schriftsteller Sir Arthur Conan Doyle zu seinem Roman The lost World (Die vergessene Welt).