Le Parc naturel régional de Portneuf propose une vaste gamme d'activités de plein air réparties sur plusieurs secteurs à Saint-Alban, Saint-Ubalde et Saint-Casimir. En saison estivale, le territoire offre plus de 70 kilomètres de sentiers de randonnée pédestre. Parmi les parcours emblématiques figurent le sentier des Chutes à Marcotte, la Montagne de la Tour, le sentier de l'Ours menant au Mont-Otis, le sentier à Ti-Mé de 9 km aller-retour, ainsi que le circuit des Sept Merveilleux.
Les activités nautiques occupent une place centrale dans le parc. La rivière Sainte-Anne permet la navigation sur un bassin de 14 km en amont
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du barrage, ainsi qu'une descente autonome en radeau pneumatique de 6,6 km reliant Saint-Alban à Saint-Casimir. La location de canots, kayaks, rabaskas et planches à pagaie est offerte sur les lacs Long, Montauban et Carillon. Les amateurs de canot-camping disposent de sites rustiques isolés sur le lac Long, la rivière Noire et le lac Montauban. Le circuit de canot-portage des Sept Merveilleux relie sept plans d'eau (lacs Noir, Beaudoin, Travers, Du Sault, aux Merles, à Foin et Caribou) sur un parcours comportant 4,22 km de portages.
Le parc abrite également la grotte le Trou du Diable à Saint-Casimir, deuxième plus longue grotte accessible au Québec avec 980 mètres de développement, où deux parcours guidés de spéléologie sont proposés : le parcours Touristique et le parcours Aventure. Au Secteur des gorges, les familles profitent d'une piste d'hébertisme de 15 modules avec pont suspendu, tyrolienne et labyrinthe, d'une plage et de la visite guidée du Centre d'interprétation de l'ancienne centrale hydroélectrique Saint-Alban II comportant une marche dans la conduite forcée en bois. L'escalade sportive et traditionnelle s'exerce sur la paroi du lac Long sous adhésion à la FQME.
La pêche et la chasse s'effectuent dans le Secteur des Lacs sur un territoire à droit non exclusif. En hiver, le Centre de ski de fond Les Portes de l'Enfer propose 7 pistes de ski de fond classique et 3 boucles de raquette. La randonnée hivernale et l'escalade de glace se pratiquent aussi dans le Secteur des gorges.