Der Nossener Stadtwald besitzt eine Gesamtfläche von 144 ha. Davon befinden sich 137 ha an den Muldenhängen zwischen Stadt und Autobahn und knapp 7 ha in der Lommatzscher Pflege. Ein Fünftel sind Steilhanglagen.
Die Baumartenstruktur besteht hauptsächlich aus Fichten, Eichen, Birken und sonstigen Hartlaubhölzern wie Buche und Bergahorn, sowie Kiefern und Lärchen. Es gibt einige seltene Lebensraumtypen, z.B. Labkraut-Eichen-Hainbuchenwälder, Erlen-Eschen-Weichholzauenwälder sowie Waldmeister-Buchenwälder.
Ein großer Teil des Waldes liegt im Flora-Fauna-Habitat (FFH) „Oberes Freiberger Muldetal", ein Teil im Überschwemmungsgebiet der Mulde. Diese Gebiete unterliegen speziellen Schutzregelungen..