El color rojizo de sus aguas es producido por un alga denominada Dunaliella salina y un crustáceo prehistórico que come de esta alga y que se denomina artemia, un crustáceo que tiene el aspecto de una pequeña gamba de unos 8 a 13 mm. de largo.

El Parque lo componen dos lagunas separadas entre sí por un anticlinal llamado "El Chaparral". Un canal une ambas depresiones que, además, están comunicadas de forma artificial con el mar por medio de otros dos canales conocidos como "acequiones", conformando así una unidad de explotación salinera. ​

Las lagunas de La Mata y Torrevieja ya se explotaban en 1321, fecha en que la segunda fue cedida por la Corona a la ciudad de Orihuela. La de La Mata fue otorgada a Orihuela en el año 1364, tras ser confiscada a Guardamar, aunque pronto volvería a ser posesión de la Corona. Más tarde, en 1389, la propia Corona concedió a la misma población la posibilidad de transformar la laguna de Torrevieja en albufera con el fin de explotar la pesca, pero la construcción del Acequión que la comunicaba con el mar se demoró casi un siglo, y fue en 1482 cuando se comprobó la inviabilidad del proyecto al no entrar los peces en la laguna por la elevada salinidad de sus aguas.

Desde el siglo XV, la laguna de La Mata fue uno de los principales centros productivos y exportadores de sal del Mediterráneo, siendo su embarcadero asiduamente visitado por navíos de numerosos estados europeos​ En 1759, se declaró la reversión de la propiedad de la laguna de Torrevieja al Estado, iniciando pocos años después las primeras pruebas de extracción de sal en ella, bajo la dirección del Administrador de las Reales Salinas de La Mata. Las mejores condiciones portuarias de Torrevieja y el terremoto de 1802, que dañó las instalaciones de La Mata, condicionaron el traslado de la Administración a Torrevieja. ​

Desde entonces se han venido explotando las lagunas para la extracción de sal y su exportación por toda Europa. No sería hasta los años 1980 cuando la conciencia por la naturaleza que rodea este entorno fuera objeto de debate para su protección. Fue declarado parque natural en 1988 por la Generalidad Valenciana, pero el decreto fue anulado por defecto de forma dos años después. La declaración definitiva se produjo el 10 de diciembre de 1996.