ברוב שטח היער חשופים סלעי גיר קשה, בצבע לבן-אפור, ובתוכם נמצאים מאובנים וגם מעט עדשות צור. אלה הם סלעי משקע ימיים מתצורת נצר, והם נוצרו בים רדוד שהשתרע באזור בסוף תקופת הטורון (לפני כ־90 מיליון שנה).
היער נמצא באזור המעבר שבין החבל הים תיכוני למדבר יהודה. בתצורתו הטבעית, האזור מאופיין בבני-שיח נמוכים כגון סירה קוצנית ושלהבית קצרת שיניים. בראשית החורף פורחים כאן סתוונית ירושלים, כרכום חורפי וסתוונית היורה. בחורף ובאביב, מלבד כלנית מצויה ורקפת מצויה, מתקשטים המדרונות במגוון רחב של מיני צמחים כגון דרדר כחול, מרוות יהודה, סיפן התבואה, פרגה אדומה, לוע הארי הגדול ועוד מינים רבים אחרים ובהם לפחות תשעה מיני סחלבים.
היער רוחש פעילות של בעלי חיים ונצפו בו לפחות שבעה מיני יונקים – צבי ישראלי, שועל מצוי, שפן הסלע, תן זהוב, חזיר־בר, קיפוד מצוי וחולד יהודה (ארץ ישראלי). רובם פעילי לילה ולכן קשה למטייל המצוי לפגוש בהם, אך הצבאים נמצאים בכל פינה כמעט.
לעצי היער יש השפעה על אוכלוסיית העופות. לא מעט בזכותם נראים כאן הדורסים עקב עיטי, נץ מצוי ובז נודד. עם ציפורי השיר נמנים פיפיון הרים, מדברון, סבכי ערבות, שחור-זנב, סלעית חורף, עפרוני מצויץ ותפוחית מצויה. לעיתים קרובות שומעים המטיילים את משק הכנפיים של להקת חוגלות שהוטרדה משלוותה, כמו גם את קול תקתוק מקורו של הנקר הסורי מכה בעץ כדי למצוא בו בו זחלים למאכל.
במקביל, יער מיר הוא מרחב טבע עשיר ומגוון, שבו לצד העצים והנוף מתקיימת גם ממלכת צמחים מרתקת. בין פרחי היער ניתן למצוא מגוון מיני סחלבים, ובהם דבורנית דינסמור, דבורנית הקטיפה, דבורנית שחומה, דבורנית צהובה, סחלב הגליל, סחלב אנטולי וסחלב שלוש השיניים. מגוון זה הופך את יער מיר לפנינה של טבע, שבה כל עונה מגלה יופי וצבעים חדשים.