La forêt est omniprésente dans le Châtillonnais, elle couvre 84 000 hectares, ce qui représente presque la moitié du territoire. On y trouve la plus grande forêt de Bourgogne : la Forêt Domaniale de Châtillon. Ce vaste massif forestier, majoritairement peuplé de feuillus, a été retenu pour accueillir le 11ème parc national français. Seul parc national situé en plaine, le futur « Parc national des forêts de Champagne et Bourgogne » s’étendra sur les forêts de Châtillon-sur-Seine, Arc-en-Barrois et Auberive.

La grande faune trouve dans le Châtillonnais un lieu de vie à sa mesure. Cette richesse lui confère une tradition, toujours très présente, de chasse à tir et à courre.

La richesse de la flore et de la faune du Châtillonnais, en espaces boisés ou zones humides, nécessite attention et protection : marais tufeux, sites à Sabot de Vénus, espèces rares d’oiseaux…

Les principaux cours d’eau du territoire la Laignes, la Seine, l’Ource et l’Aube sont rejointes par les cours d’eau issus des nombreuses résurgences et sources.

Aux zones humides naturelles s’ajoutent celles qui ont été façonnées par l’homme : les plans d’eau de Riel-les-Eaux comme celui de Marcenay sont aujourd’hui le terrain de jeu des pêcheurs, amoureux de la nature, promeneurs du dimanche...