Территория национального парка расположена на границе различных почвенных зон: Угорский участок относится к южно-таежной подзоне дерново-подзолистых почв (Средне-Русская провинция, Смоленско-Московский почвенный округ, Малоярославецкий и Барятинский почвенные районы), а Жиздринский – к лиственно-лесной зоне серых лесных почв (Средне-Русская провинция, Тульский почвенный округ, Калужский, Сухиничи-Мещовский и Сосенский почвенные районы). Из семи выделяемых в пределах Калужской области почвенных районов, пять частично входят в границы национального парка. Отсюда – значительное разнообразие почвенного покрова и почвообразующих пород. Среди почвообразующих пород отмечаются: по составу –моренные суглинки, морена песчаная, покровные суглинки, по происхождению –водноледниковые, делювиальные и аллювиальные отложения, а также двучленные комплексы, представляющие собой чередование перечисленных пород.
На территории парка наиболее распространены дерново-подзолистые почвы различной степени оподзоленности: преобладают дерново-слабо- и среднеподзолистые, реже – сильноподзолистые. Распространены также серые лесные, обычно светло-серые, реже серые лесные и очень редко – темно-серые лесные почвы, а также дерновые, полуболотные и болотные пойменные почвы. Механический состав почв различен и зависит от почвообразующих пород: песчаный, супесчаный, легко и среднесуглинистый, очень редко – тяжелосуглинистый. В почвенных профилях нередко наблюдаются признаки эрозии, заболоченности, наличие камней, щебня.
На Угорском участке преобладают дерново-слабо- и среднеподзолистые почвы. На песчаных надпойменных террасах, в придолинном зандре, и также нередко в пределах моренно-зандровых равнин они имеют легкий механический состав: от песчаного до супесчаного и легкосуглинистого. На моренных равнинах преобладают дерново-среднеподзолистые почвы среднесуглинистого механического состава. В пониженных, избыточно увлажненных участках, формируются полуболотные и болотные почвы, а в поймах рек – пойменные оподзоленные, дерновые и луговые. На надпойменных террасах правобережья нижней Угры, где с поверхности залегают лессовидные суглинки, образовались светло-серые и серые лесные почвы.
На Воротынском участке в пределах водоразделов распространены светло-серые лесные и серые лесные почвы на лессовидных покровных суглинках, по р. Выссе – пойменные слаборазвитые почвы на аллювиальных отложениях; в центральной части участка местами распространены болотные и в меньшей степени дерновые разновидности. По механическому составу преобладают суглинки. На Жиздринском участке для надпойменных террас правобережья и придолинного зандра характерны дерново-слабо- и среднеподзолистые супесчаные и легкосуглинистые почвы. На террасах левобережья и на эрозионных равнинах правобережья сформировались серые лесные среднесуглинистые почвы, которые на пахотных склонах в той или иной степени смыты. Пойменные почвы р. Жиздры, в отличие от Угры, как правило, имеют легкий механический состав. В широколиственных засечных лесах правобережья Жиздры возник широкий спектр почвенных разностей, включающих подзолистые, дерново-подзолистые, серые и бурые лесные почвы. Наличие неперекрывающихся ареалов столь различных почв, развитых на однотипных породах (лессовидных покровных суглинках) в пределах небольших пространств и равнинного рельефа – явление уникальное.