בעת הקמת הוועדה כללה תוכנית המתאר של מחוז חיפה הקצאה של 100,000 דונם בכרמל לתורך הקמת שמורת טבע. התוכנית הופקדה אבל בוטלה לאחר שפורסמה בשנת 1963 "תוכנית המתאר הגלילית החדשה" למחוז חיפה. שמה של התוכנית היה"תוכנית מס' 384: שטח שמירה על נוף הכרמל".
לאורך השנים ניהלו בעלי הקרקעות הפרטיים מאבקים להוציא את השטחים שבבעלותם מהתחום המיועד לשטח הפארק. דוגמה לכך הוא המאבק שניהל, בשנות החמישים והשישים, "איגוד המתיישבים" להוצאת שטחי "יערות הכרמל" מהתחום שתוכנן לפארק. מאבק נגדי נוהל על ידי החברה להגנת הטבע. בשנת 1956 ערכה החברה את הכנס הארצי הראשון שלה. במסגרת הכנס נערך סיור באזור בית אורן, כנס זה סימן את תחילתו של "המאבק על הכרמל" במקביל לתהליכי אישור השמורה החלה פעילות ערה של סוחרי קרקעות, ובניית בתים פרטיים על ידי אנשים פרטיים בשטחים שבבעלותם. כדי לעצור פעילות זו החליטה הממשלה בישיבתה ביום 19 במאי 1963 להקפיא את כל תוכניות הבנייה בכרמל ולהכין תוכנית חדשה ולהקים ועדה ממשלתית שתקבע את השטחים עליהם תחול ההקפאה. החלטת הממשלה הביאה את הוועדה המחוזית לתכנון ובנייה של מחוז חיפה על הקפאת שש תוכניות הבנייה על הכרמל. ב-9 ביוני 1963 הובאו המלצות הוועדה הממשלתית להחלטת הממשלה שבעקבותיה הוחלט על הקפאת הבניה על שטח של 99,000 דונם שהיו בבעלות ממשלתית ועוד 10,000 דונם בבעלות פרטית להם נעשה כבר תכנון, אבל הבנייה בהם עדיין לא החלה, תוך מתן פיצוי לבעלי הקרקעות.
בשנת 1963 אושר חוק גנים לאומיים ושמורות טבע שבעקבותיו החל תהליך של הכרזת שטחים שונים בהתאם. במקביל החלה ועדת השרים שטיפלה בנושא הכרמל לבדוק אפשרות החלפת קרקעות פרטיות בשטח המיועד בקרקעות פרטיות באזור אחר וכן קביעת שטחו של הפארק. הוועדה המליצה להוציא את שטחי המחצבות ושטח אוניברסיטת חיפה מחוץ לפארק, העברת כלא דמון, איסור סלילית כבישים ראשיים, עיבוד קרקעות ועוד. המלצות הוועדה אושרו ביולי 1964.
בשנת 1965 הופקדה תוכנית הפארק. בעקבות כך הוגשו למעלה מ-1,000 התנגדויות. במאי 1967 החליטה הוועדה לבניין ערים לדחות את רובן, קבעה את היקף הפיצויים ואישרה את התוכנית תוך הכנסת שינויים קלים. בעקבות פרוץ מלחמת ששת הימים נדחה הטיפול באישור התוכנית. בחודש ספטמבר 1969 חתם שר הפנים על התוכנית שלאחריו החל תהליך של הפקעת קרקעות ומתן פיצויים. בעלים אחרים נשארו עם הבעלות על הקרקע בפארק עם הגבלות על השימוש בקרקע הנובעות מההכרזה על שמורת טבע. ב-1 ביולי 1971 הכריז שר הפנים על האזור כשמורת טבע וגן לאומי. ההכרזה כללה הקמת מערך מינהלי המטפל בפארק.
לאורך כל העשורים האחרונים של המאה ה-20 לא נעלמה חשיבותם של שטחי החורש הטבעי ליישוב העירוני שהקיף אותם מעיני החברה להגנת הטבע ורשות הטבע והגנים, והן הצליחו לשכנע את המדינה לשמר אותם בצורתם הטבעית.
בשנת 1996 הוכר הפארק כשמורה ביוספרית על ידי ארגון אונסק"ו העולמי. שטח כולל של השמורה הביוספרית הוא 266,600 דונם, מתוכו שטח של 14,000 דונם הוא לב השמורה, שטח של 185,000 דונם מהווה אזור חיץ והיתרה שטח של 67,000 דונם הוא אזור מעבר.
החי-בר.
החי-בר הוא שמורת טבע בגודל של 6,000 דונם לערך שהוקמה בחלק מהפארק של נחל גלים. מטרת הקמת החי בר היא שיקום והשבה לטבע של אוכלוסיות בעלי-חיים שנכחדו מהאזור, או שנמצאים על סף הכחדה. בחי-בר מגדלים את כבש הבר, עז הבר, יחמור פרסי, אייל הכרמל וצבי ארץ ישראלי. המטרה היא לעודד רבייה בשביה ובהמשך להרגיל את בעלי החיים לחיי חופש במכלאות גדולות, עד שאפשר יהיה לשחרר אותם כליל. תהליך דומה מתבצע גם בעופות דורסים, כגון נשרים.
נחלי הגן.
בשטח הגן הלאומי נחלים אחדים: נחל מערות, נחל נדר, נחל גלים ונחל כלח, שנחשב ליפה במיוחד, שאזור המצוק שבו מכונה "שווייצריה הקטנה" על שום דמיונו לנופי שווייץ. יש בו חניוני נופש, מצפורי נוף ושבילי הליכה מסומנים. בשטח שמורת הנחל עצים רבים, ביניהם אלון מצוי ואלה ארץ ישראלית. על המצוקים פורח בין השאר שושן צחור, פרח נדיר ומוגן, ושפני סלע חיים ביניהם. בחלקו הצפוני של הפארק, ליד החי-בר מצוי נחל נדר הקרוי גם "נחל שלושת המעיינות" על שום שלושה מעיינות שנובעים לאורכו: עין קנים, עין נדר ועין קדם. בעקבות התפשטות הבנייה אל אזור ההיקוות של הנחל נותר רק מעיין פעיל אחר. במפגש של הנחל עם נחל גלים ניתן למצוא את השקמה העתיקה ומעל נמצאת מערת אורנית.
אתגרי שמירת טבע.
שריפות.
מאז הכרזת השטחים לשימור, אירעו בפארק הכרמל מספר רב של שריפות שנגרמו בשל הצתות בידי אדם, חלקן מכוונות וחלקן בשוגג. מחקירות רבות שנוהלו על ידי מכבי האש ומשטרת ישראל נמצא ששריפות רבות נגרמות בשל הצתות מכוונות, בעיקר של בעלי אינטרסים המנסים בדרך זו להוריד את רמת ערכי הטבע באזורים הנשרפים, ובכך לזרז מתן של היתרי בנייה ופיתוח.
באופן כללי, שריפות מהוות מרכיב מרכזי וחשוב של הפרעה באקוסיסטמה הים-תיכונית, ועקב היסטוריה ארוכה של התיישבות האדם באזור אגן הים התיכון, הצמחייה הים-תיכונית הסתגלה היטב להתחדשות יעילה לאחר שרפה. חורש מפותח של צמחייה ים-תיכונית טיפוסית לכרמל מתחדש במלואו לאחר כמה עשרות שנים ממועד השרפה האחרונה. אולם אלמנטים מסוימים עשויים להיעלם לבלי שוב בעקבות שרפה, כגון עצים עתיקים. השריפות גם מהוות פגיעה קשה באוכלוסיית חיות הבר, שחלקן אינן מצליחות להימלט. קיימת כיום מחלוקת בקרב אקולוגים ואנשי שמירת טבע וממשק, לגבי מידת הנזק והתועלת שבשריפות באזורים כמו פארק הכרמל. ישנם הטוענים כי השריפות הן מרכיב חיוני באקוסיסטמה, התורם למגוון הביולוגי והנופי על ידי מניעת היסגרות אחידה ורציפה של החורש, דבר היוצר כתמיות נופית ומעודד פריחת גאופיטים הזקוקים לאור שמש ישיר. עם זאת, רשות הטבע והגנים נוקטת כיום מדיניות ברורה של הימנעות ככל האפשר מאירועי שרפה (למשל באמצעות משטר רעייה המדלל את כמות העשב הזמין לשרפה), ובמקרה שפורצת שרפה, כיבוי מהיר ככל האפשר לצורך מזעור השטח הנשרף.
עד לשנת 2010, הגדולות בשריפות הפארק היו השרפה ברמת מיתלה ב-1983 שכילתה כ-3,300 דונם, והשרפה ב-1989 שהשתרעה על פני כ-6000 דונם. בדצמבר 2010 התחוללה בפארק שרפת ענק שכילתה קרוב ל-35 קמ"ר (35,000 דונם) וכמה מיליוני עצים עלו באש.
מאבקים על שטחי הפארק.
מיקומו של הפארק וקרבתו הרבה ליישובים גדולים (העיר חיפה והכפרים עוספיא ודלית אל-כרמל) מביאים לכך שהפארק נמצא תחת איומים תמידיים של התפשטות השטחים הבנויים אל עבר שטחי הפארק וסלילת כבישים מהירים בתחומו. מכיוון הכפרים דלית אל-כרמל ועוספיא קיימת בעיה חריפה של בנייה בלתי חוקית בשטחי הפארק וקיים לחץ מתמיד על רשות הפארק. הלחץ שכולל אף איומים אישיים על חיי הפקחים והנהלת הפארק, הביא את רשות הטבע והגנים לחתום על הסכם בדבר סיפוח שטחים נרחבים מהפארק לתחום הכפרים. כיום מתנהל מאבק דומה על אזור הר שוקף.
מכיוון העיר חיפה, קיימים איומים ממשיים לבניית פרויקטי-נדל"ן באזור נחל נדר, בשטחים הנמצאים ליד החי-בר ומדרום לאוניברסיטת חיפה ולשכונת דניה. לאחרונה מנסים יזמי הנדל"ן לקדם שוב את תוכניתם להקים שם מגדלי מגורים (כ-1000 יחידות דיור) וכביש מהיר. החברה להגנת הטבע וארגון הסטודנטים מגמה ירוקה מנהלים מאבק לשימור הפארק והסרת האיומים על קיומו.
מינים פולשים.
מספר מינים של צמחים פולשים דוחקים את הצומח הטבעי בפארק הכרמל ובכך פוגעים בערכיותו. עיקר הפלישות הן באזורים הסמוכים ליישובים. באזורים המרוחקים מיישובים אין כמעט השפעה של מינים פולשים, אולם מצב זה עלול להשתנות ללא מיגור הפלישות הקיימות, ומניעת פלישות נוספות.
מינים עיקריים של צמחים פולשים בפארק:
מחיה המתים
נחל מערות
נַחַל מְעָרוֹת הוא נחל הזורם בהר הכרמל. שטח אגן הניקוז שלו ביחד עם יובלו נחל חרובים מגיע לכ-24 קילומטר רבוע. אזור הנחל הוא שמורת טבע בשטח פארק הכרמל. במוצא הנחל אל מישור החוף ממוקם אתר ארכאולוגי-פרהיסטורי בעל חשיבות עולמית, הכולל ארבע מערות: מערת תנור (טבון), מערת גמל, מערת הנחל (אל-ואד) ומערת הגדי (סח'ול). מערות אלה מייצגות התיישבות חוזרת ונשנית של האדם הקדמון, הן האדם הניאנדרטלי והן ההומו סאפיינס וקודמיהם, במשך יותר מחצי מיליון שנה.
רצף ההתיישבויות הפרהיסטוריות בנחל מערות ארוך ומלא במיוחד. הממצאים הייחודיים שנתגלו באתר (כמאובני אדם חשובים) וחקירתו הנמשכת לסירוגין למעלה משמונים שנה, הפכו את האתר לאחד הידועים בעולם מהתקופה הפלאוליתית. בארבע המערות שנחקרו התגלו עדויות, בין הקדומות בעולם, לקיום בו-זמני (במובן הרחב) של האדם הניאנדרטלי והאדם המודרני; לקבורת המתים; לשימוש בחפצים בעלי משמעות סמלית כחרוזים וחומרי צבע; ולהתיישבות קבע ובניית בתי אבן. האתר ממלא תפקיד מפתח בסוגיות המרכזיות של המחקר הפרהיסטורי העולמי, כגון מוצא האדם המודרני, התפתחות ההתנהגות האנושית המודרנית, יחסי אדם-סביבה, וניצני התיישבות הקבע וייצור המזון.
ב-29 ביוני 2012 הוכרז מקבץ המערות בנחל כאתר מורשת עולמית על ידי ארגון אונסק"ו.
סביבת האתר.
ארבע המערות הפרהיסטוריות בנחל מערות ממוקמות בשיפולי המצוק המערבי של הר הכרמל, במקום שבו הנחל יוצא למישור החוף, כ-17 ק"מ דרומית לחיפה וארבעה ק"מ מזרחית לחוף הנוכחי של הים התיכון, בגבהים של 40–60 מטרים מעל פני הים הנוכחיים.