Plusieurs zones naturelles protégées sont imbriquées ou incluses dans le géoparc. La plus grande est le parc naturel de l'Ardenne méridionale, d'une surface totale de , il occupe, dans le géoparc, l'entièreté de la commune de Wellin. La petite réserve du Fond des Vaulx à l'est de la ville de Marche-en-Famenne d'une superficie d'une quinzaine d'hectares qui est aussi un des géosites importants du géoparc. De nombreuses zones « Natura 2000 » dont certaines ne mesurent pas plus de quelques hectares et dont la plus grande, le « Bassin de la Lesse entre Villers-su-Lesse et Chanly », de près de sont disséminées dans le géoparc.