Рельеф теплостанской возвышенности, на которой находится Битцевский лес, реликтовый. Он сформировался еще в доледниковый период. Холмистую равнину парка прорезают балки и овраги, в которых протекают реки Чертановка, Дубинкинская, Городня, Битца и ручьи Коньковский и Деревлевский. Вдоль их русел открываются родники. Флора «Битцевского леса» весьма разнообразна и насчитывает более 500 видов, что объясняется наличием множества природных сообществ: здесь есть основные типы подмосковных лесов, крупнейший в черте города суходольный луг (на «Лисьей горе») и заросли околоводных растений на берегах прудов и речек.