Der Landkreis Bautzen liegt in der Übergangsregion vom Meeres- zum Kontinentalklima. Bedingt durch die Verzahnung der Großlandschaftstypen Bergland, Hügelland und Flachland auf engstem Raum existiert eine reiche und einzigartige Tier- und Pflanzenwelt.
 
Einen wichtigen Beitrag zum Naturschutz leisten das Naturschutzzentrum "Oberlausitzer Bergland" Neukirch , die Naturschutzstation Neschwitz und die Naturschutzstation Gräfenhain.

Landschaftsschutzgebiete:
Im Landkreis gibt es  26 Landschaftsschutzgebiete mit insgesamt ca. 65 000 ha, wobei 4 Gebiete nur z.T. im Kreisgebiet liegen. Das größte im Landkreis Bautzen ist das Oberlausitzer Bergland. Kleinere Landschaftsschutzgebiete sind: Westlausitz, Ostro- Neustädtl, Strohmberg, Löbauer Wasser, Spreetal, Spreeniederung, Teichlandschaft bei Klix und die Massenei.

Biosphärenreservat:
16 820ha des 26 365 ha großen Biosphärenreservates "Oberlausitzer Heide- und Teichlandschaft", welches das größte in Deutschland ist, befinden sich im Landkreis Bautzen. Diese großräumige Kulturlandschaft weist eine reiche Naturausstattung und historische Zeugnisse einer ökologischen und landschaftstypischen Landnutzung und Siedlungsform auf. Das Biosphärenreservat schützt vor allem die Natur und Landschaft der Oberlausitzer Heide und Teiche.
 
Naturschutzgebiete:
Zu den 18 Naturschutzgebieten des Landkreises mit insgesamt 14.717 ha zählen die Gebiete Gröditzer Skala, Caßlauer Wiesenteiche, Lausker Skala, Linzenteich, Dubrauker Horken, Wollschank und Zschark, Tiefental, Erlenbruch - Oberbusch Grüngräbchen, Seifersdorfer Tal, Lugteich Grüngräbchen, Auenwald Laske, Teichgebiet Biehla-Weißig, Moorwald am Pechfluß bei Medingen, Waldmoore bei Großdittmannsdorf, Geierswalder Heide, die Königsbrücker Heide, das Dubringer Moor sowie die Oberlausitzer Heide- und Teichlandschaft.