Территория лежит на правом берегу реки Пахры (правого притока Москвы-реки) в пределах Москворецко-Окской эрозионной равнины с абсолютными высотами 160–195 м над ур. моря. Преобладают урочища плоских и волнистых озёрно-водноледниковых равнин. Над их ровной поверхностью возвышаются плосковершинные моренные холмы. Хорошо развита овражно-балочная сеть (Природа Подольского края (отв. ред. Д.М. Очагов, В.Н. Коротков). М.: ЛЕСАРарт, 2001. 192 с.). В долине реки Пахры имеются обнажения известняков карбона. Почвообразующей породой являются покровные суглинки, подстилаемые алевритами и песками. Преобладают дерново-слабоподзолистые и дерново-среднеподзолистые почвы с пятнами светло-серых лесных почв.
В системе геоботанического районирования Московской области территория относится к Подольско-Коломенскому району широколиственных лесов с участием ясеня и ели (Петров, 1968). Наименее нарушенные леса имеют смешанный состав древостоя, в который входят широколиственные виды (дуб черешчатый, липа сердцевидная, клён остролистный, ясень обыкновенный, вязы голый и гладкий), хвойные (ель обыкновенная, сосна обыкновенная) и мелколиственные породы (берёзы повислая и пушистая, осина, ольха серая) и напочвенный покров с преобладанием дубравного широкотравья. На территории, на землях, входивших в имение "Михайловское", принадлежащее С.Д. Шереметеву, с 1870-х гг. осуществлялись посадки хвойных пород — ели, сосны, лиственницы, пихты. Считается, что поселок Шишкин Лес получил свое название из-за созданных здесь хвойных массивов.
В пределах Михайловского лесничества создано несколько ботанических заказников, в которых охраняются старовозрастные хвойно-широколиственные леса, а также старовозрастные лесные культуры хвойных пород.
Поблизости от поселка Шишкин Лес добывают питьевую воду с одноименным названием.