La zone couverte par les Monts de Vaucluse s’étend, d’ouest en est sur 45km, de la plaine du Comtat Venaissin au canyon d’Oppedette et, du sud au nord, sur une quinzaine de kilomètres, de la vallée du Calavon aux gorges de la Nesque et au plateau d’Albion.
Ce massif calcaire doit son nom à la célèbre Fontaine de Vaucluse, l’une des plus importantes et spectaculaires exsurgences qui surgit dans le fond de la vallée clause.
Ce paysage naturel, riche de nombreux espaces protégés complémentaires de ceux du Ventoux et du Luberon présente une alternance de collines et plateaux de moyenne montagne coupée par des combes profondes, alimentées par des cours d’eau emblématiques : la Sorgue, la Nesque, le Calavon.
Un espace où l’eau de surface était naturellement rare et où tous les moyens ont été anciennement mis en œuvre pour la stocker (citernes, aiguiers, galeries drainantes…) au service de l’agriculture et l’élevage.
Des forêts et des garrigues à pertes de vue entaillées de gorges et falaises, identifient ce massif. Les forêts domaniales sont formées en majeure partie de chênes pubescents, très denses, peu pénétrables où seuls quelques chemins parcourent les sous-bois. Les étroites plaines agricoles percent la forêt dense, mettant en avant une alternance d’arbres fruitiers, de cultures maraichères, vignes et champs de lavandes caractéristiques des Monts de Vaucluse. L’alternance de combes humides et de crêtes ensoleillées offrent aux promeneurs les traces d’une activité passée (élevages, charbonniers et plantes aromatiques).
Les villages sont quasiment tous installés en périphérie du massif, qu’ils soient perchés comme Saumane, sur la pente (le Beaucet) ou sur le plateau (Venasque), leur implantation s’est adaptée aux contraintes naturelles.
La végétation des Monts de Vaucluse est étagée et sous influence du climat méditerranéen, ce qui explique une grande diversité étalée sur trois étages de végétation bien caractérisés.
L’étage méso méditerranéen (jusqu’à 800m d’altitude) est occupé majoritairement par les forêts de chêne vert où se mêlent le pin d’Alep, le chêne blanc, le chêne kermès, le pistachier térébinthe, le ciste cotonneux. La plante emblématique de cet étage est la fougère de Pétrarque, c’est une très petite fougère rupestre qui poussent dans les fissures rocheuses souvent verticales et très exposées au soleil à Fontaine-de-Vaucluse, notamment.
L’étage supra-méditerranéen ou collinéen est occupé essentiellement par le chêne pubescent, le buis, la coronille arbrisseau. Cet étage est caractérisé par une dégradation du milieu forestier dense qui petit à petit devient un milieu ouvert occupé par la garrigue. On retrouve alors les plantes emblématiques telles que la sarriette, la lavande vraie, le genêt scorpion. Dans les vallons, on retrouve plutôt une flore rupestre.
L’étage montagnard méditerranéen est caractérisé par la présence du hêtre autour de 1000 mètres d’altitude accompagné de laitue des murs ou de campanules.
Vingt-quatre espèces de reptiles et amphibiens ont été répertoriées allant du lézard vert aux couleuvres et grenouilles. Une cinquantaine d’espèces de mammifères ont été inventoriées dans les Mont de Vaucluse, dont près d’une vingtaine de chauve-souris. De nombreux micromammifères, appelés ainsi en raison de leur petite taille, sont présents. Il s’agit de rongeurs tels que le Campagnol, le Lérot ou encore le Castor d’Europe. Les grands mammifères tels que le sanglier, le cerf élaphe, sont présents. Le Chamois venu discrètement du Ventoux s’est installé dans les barres rocheuses de Fontaine-de-Vaucluse.
L’avifaune des Monts de Vaucluse est dominée par une douzaine d’espèces dont le rouge-gorge, le pinson des arbres, la fauvette à tête noire et le pic épeiche. Les espèces nicheuses sont très nombreuses, on en compte 125 qui nichent dans les grandes falaises surplombant les gorges de la Nesque ou l’exsurgence de Vaucluse. Les espèces sont remarquables à l’image du hibou grand-duc, de l’hirondelle des roches ou du martinet à ventre blanc.
De nombreux dispositifs sont mis en place pour concilier préservation de la nature et préoccupations socio-économiques. Les rochers et combes des Monts de Vaucluse font partie du réseau européen de protection de la nature « Natura 2000 ».
Les Monts de Vaucluse dans leur totalité ont été inventoriés avec l’outil de connaissance « Zones Naturelles d’Intérêt Faunistique et Floristique » (ZNIEFF) ; l’objectif de cet inventaire étant de connaitre pour mieux protéger.
Ce territoire est particulièrement riche d’Espaces Naturels Sensibles. Ce label permet d’acquérir, de préserver et d’aménager pour l’accueil des publics les milieux naturels remarquables tels que le Vallon de la Tapy à Saumane, la forêt départementale à Venasque.