Der Arnsberger Wald liegt in einer Höhe von 250 bis 400 m ü. NN , es handelt sich um den fast vollständig bewaldeten Westteil des Nordsauerländer Oberlands im Ruhr-Möhne-Winkel. Auf gefalteten Schiefern, Grauwacken und Konglomeraten des flözleeren Oberkarbon bildeten sich steinige bis feinsandig-lehmige Böden Der obere, im Süden und Osten gelegene Teil wird von langen, Ost-West ziehenden Rücken und feuchten Talmulden gegliedert. Er wird im Norden durch das eingetiefte Längstal der Möhne begrenzt. Im Süden befinden sich mit den Kahlenbergsköpfen die höchsten Erhebungen mit Höhen von bis zu 486 m ü. NN. Der durch eine 50 m abfallende Stufe getrennte untere Teil um den Möhnestausee herum ist deutlich weniger reliefiert. Im Möhnetal wird Landwirtschaft betrieben, während der Rest der Landschaft bis auf die Hirschberger Blöße im Süden fast durchgehend bewaldet ist.
Die großen forstwirtschaftlich genutzten Wälder sind in den höheren Lagen hauptsächlich aus Buchen, in tieferen Lagen aus Eichen aufgebaut. Die landwirtschaftlichen Flächen werden meist als Grünland genutzt. Der Möhnesee und seine Umgebung dienen als Erholungs- und Wassersportgebiet.
Weite Teile der Landschaft sind durch verschiedene Gebietsarten geschützt und zum größten Teil als gesamtstaatlich repräsentativ eingestuft. Teile der Möhne und der umgebenden Gebiete, die z.B. als Brut-, Rast-, Mauser- und Überwinterungsplatz für Wasservögel dienen, gehören genau so dazu wie mehrere großflächige Waldreservate, meist mit verschiedenen Eichen- und Buchenwaldgesellschaften. Diese Wälder sind auch oft von zahlreichen Quellen und Bachläufen durchzogen. Hier leben zahlreiche gefährdete Vogelarten, wie Alcedo atthis (Eisvogel), Ciconia nigra (Schwarzstorch) oder verschiedene Spechtarten, aber auch Flußkrebse, Reptilien und Insekten. Ein großer Teil des "Arnsberger Waldes" ist FFH-Gebiet und der Möhnestausse ist SPA-Gebiet. Die Landschaft liegt zudem im Naturpark Arnsberger Wald.