Le Parc national protège de vastes forêts feuillues, typiques des plateaux calcaires du nord-est de la France. Les forêts du territoire sont constituées à 84% d'arbres feuillus, dont les plus courant sont les hêtres, chênes, charmes, érables, merisiers, tilleuls... Grâce à leur ancienneté et à un couvert forestier quasi continu, ces forêts abritent une grande variété de milieux naturels : hêtraies-chênaies, combes ombragées, pelouses sèches, prairies humides et marais tufeux.

L'eau est omniprésente, portée par près de 1 239 kilomètres de cours d'eau, ainsi que par de nombreuses sources et zones humides. Les marais tufeux, qui se caractérisent par la présence de sources pétrifiantes, sont très représentés sur le territoire : on en compte plus de 200. Ils constituent ainsi un habitat emblématique et reconnu comme "cibles patrimoniale".

Réservoir de biodiversité au cœur de la France, le Parc national de forêts doit sa richesse à sa position, à son climat et à son relief. Les populations de cerfs, de chevreuils et de sangliers y sont particulièrement abondantes. Il abrite aussi des espèces plus rares et discrètes, comme le chat forestier et la cigogne noire, dont il constitue l'un des principaux refuges du pays : une cigogne noire sur cinq nichant en France se reproduit dans ses forêts.

Depuis le Néolithique, la forêt porte l'empreinte des activités humaines. Elle conserve de nombreux vestiges archéologiques, ainsi que les traces du travail des moines au Moyen-Âge et d'anciennes exploitations agricoles, forestières, hydrauliques ou métallurgiques. Le territoire garde aussi un riche héritage bâti, cistercien et templier, avec ses abbayes, ses châteaux et ses églises romanes.

Aujourd'hui encore, de nombreux artisans y perpétuent des savoir-faire anciens. Le Parc national de forêts a pour ambition de concilier la préservation de ces patrimoines et le développement économique, social et culturel du territoire.