Tại đây, những dãy núi ăn xuống về phía Đông của Trường Sơn mang những giá trị độc đáo về địa chất, địa mạo, với núi, bồn địa, khe suối, hồ đập. Riêng núi thì vòng cung khép kín thung lũng Mỹ Sơn được bao bọc bỡi các dãy núi như Hòn Gương, Sợ Khỉ, Bếp Dẽ kéo dài đến núi Hòn Tàu, vùng Trà Lý về phái Đông. Núi Mỏ Cày, Dương Thông về phía Tây Bắc. Núi Hòn Đền, Hòn Dung, Quảng Lai về phía Nam. Suối thì được hình thành bởi nhiều nhánh như nhánh chính từ Nà Thắng, Hòn Đền về thung lũng, nhánh từ Bếp Dẽ, Sọ Khỉ về Hố Khế, nhánh từ Mỏ Cày về.
Trong các nhánh suối này thì nhánh chính từ Nà Thắng về đảm bảo nước suốt bốn mùa, và đây cũng là nhánh mang nước từ đầu nguồn về. Mặt hồ đập Thạch Bàn với diện tích mặt nước khoảng 400 ha có tác dụng góp phần điều hòa hệ sinh thái rừng đặc dụng khu di tích.
Di sản Văn hóa thế giới Mỹ Sơn còn có tổng diện tích 1.158 ha rừng, thuộc các xã Duy Phú, Duy Hòa, Duy Sơn, huyện Duy Xuyên và xã Quế Trung, huyện Nông Sơn (tỉnh Quảng Nam); trong đó có 32 ha rừng nằm trong vùng lõi là nơi bảo tồn các công trình kiến trúc Chămpa cổ xưa. Tại khu vực rừng được bảo tồn này có các loại động thực vật có giá trị, một số nằm trong sách đỏ Việt Nam.
Rừng Mỹ Sơn là loại rừng cây bản địa có sự đa dạng về chủng loại. Đó là thảm thực vật tự nhiên đầm lầy, thảm thực vật ven suối, thảm thực vật rừng già vùng núi cao… Chủng loại cây bản địa có các họ lim xanh, tràm thị, dẽ đỏ, chua … hiện nay nhiều loại cây đã trở nên khan hiếm cần được tích cực phục hồi.
Trong đó, riêng khu vực rừng già Hồn Đền, khu vực Bếp Dẽ còn tồn tại nhiều loại cây thân gỗ lớn đến hai, ba người ôm. Ngoài ra còn có các loại lan quý cần đươc bảo tồn và nhân giống.
