อุทยานแห่งชาติแม่เมย เริ่มมีการสำรวจว่าจัดตั้ง ตั้งแต่ปี พ.ศ. 2532 เป็นหน่วยงานกองอุทยานแห่งชาติ กรมป่าไม้ กระทรวงเกษตรและสหกรณ์ ที่ใช้ชื่อว่า อุทยานแห่งชาติแม่เมยนั้น เพราะว่ามีแม่น้ำเมยซึ่งกั้นระหว่างประเทศไทยและประเทศพม่า เป็นเขตด้านทิศตะวันตกเกือบ 50 กิโลเมตร จากทิศเหนือจรดทิศใต้ อีกทั้ง แม่น้ำเมยนั้นเป็นแม่น้ำที่แปลกคือ จะไหลมาทางทิศใต้ ขึ้นไปทางทิศเหนือ พื้นที่ที่ทำการสำรวจจัดตั้งเป็นอุทยานแห่งชาติ ส่วนหนึ่งเป็นพื้นที่ของวนอุทยานถ้ำแม่อุสุ และรวมพื้นที่ของป่าสงวนแห่งชาติป่าท่าสองยางบางส่วน เป็นแนวเทือกเขาถนนธงชัย โดยเริ่มจากตำบลแม่ต้าน ผ่านตำบลแม่สอง จนถึงตำบลท่าสองยาง อำเภอท่าสองยาง จังหวัดตาก มีพื้นที่ทั้งหมดประมาณ 713,750 ไร่ หรือ 1,142 ตารางกิโลเมตร
ลักษณะภูมิประเทศของอุทยานแห่งชาติแม่เมย ส่วนมากเป็นภูเขาสลับซับซ้อนมีที่ราบน้อยมาก โดยมีความสูงเฉลี่ย 680 เมตร จากระดับน้ำทะเล จุดสูงสุด 1,250 เมตร จากระดับน้ำทะเลปานกลาง ปกคลุมไปด้วยป่าไม้ที่ค่อนข้างสมบูรณ์ แต่ไม้ใหญ่มีน้อย เป็นแหล่งต้นน้ำที่สำคัญของลำน้ำแม่สอง ลำน้ำแม่อุสุ ลำน้ำแม่สลิดหลวง และแม่น้ำเมย
ลักษณะภูมิอากาส จะมีฝนตกชุกมากในฤดูฝนตั้งแต่เดือนพฤษภาคม – เดือนตุลาคม ซึ่งไม่เหมาะสมต่อการท่องเที่ยว ฤดูร้อนอากาศค่อนข้างอบอุ่น และจะหนาวถึงหนาวจัดในฤดูหนาว ซึ่งเป็นช่วงที่เหมาะแก่การรองเที่ยวชมทะเลหมอก และสภาพทิวทัศน์ทั่วไปเป็นอย่างมาก พื้นที่อุทยานแห่งชาติแม่เมยได้รับอิทธิพลจากลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ ที่พัดจากทะเลอันดามัน ประกอบกับอยู่ในตำแหน่งด้านหน้าเขา ทำให้ได้รับลมมรสุมมากกว่าบริเวณอื่น มีฝนตกชุกเหมือนภาคใต้ฝั่งตะวันตก
จุดชมทะเลหมอก
จุดชมทะเลหมอกนี้อยู่หลังที่ทำการอุทยานแห่งชาติแม่เมย มีความสูงประมาณ 1,100 เมตร เป็นจุดที่มองเห็นทะเลหมอกได้กว้างไกลมาก รวมทั้งพระอาทิตย์ขึ้นและพระอาทิตย์ตก อีกทั้งเป็นจุดชมวิวที่ต้อนรับผู้ที่นิยมการเดินป่า เพราะจะต้องเดินเท้าเข้าไปประมาณ 3-4 ชั่วโมง และต้องพักค้างแรม 1 คืน เพื่อชมทิวทัศน์ที่สวยงาม
