Cerca de 51,3% do concelho de Loulé está classificado como área protegida, devido à importância da diversidade de habitats, ricos em fauna e flora, património geológico e outros recursos que merecem ser conhecidos. Desde a serra ao litoral, encontram-se as mais variadas paisagens e áreas protegidas que merecem destaque, incluindo as Áreas Protegidas de Âmbito Local (Paisagem Protegida Local da Rocha da Pena e Paisagem Protegida Local da Fonte Benémola), o Parque Natural da Ria Formosa e a Rede Natura 2000, esta abrange os sítios do Barrocal, Caldeirão, Ribeira do Vascão, Ribeira de Quarteira e Ria Formosa, que visa a conservação de espécies animais e vegetais.

A Ria Formosa é uma área com uma grande importância natural, visto que apresenta uma elevada variedade de habitats aquáticos e terrestres. O seu parque é uma das maiores e mais importantes zonas húmidas do Algarve, encontra-se entre entre o Ancão, no concelho de Loulé e a Manta Rota, no concelho de Vila Real de Santo António, estendendo-se por mais de 60 quilómetros de costa, este parque ocupa uma área de 18,400 hectares, dos quais cerca de 893 pertencem ao concelho de Loulé. Grande parte da área protegida corresponde ao sistema lagunar da Ria Formosa, um cordão de ilhas e penínsulas arenosas, que se alongam paralelamente à costa, assim protegendo uma laguna em que é desenvolvido os sapais, canais, zonas de vasa e ilhotas.

Este sistema abriga e alimenta diversos organismos aquáticos, como peixes sedentários e migradores, moluscos e crustáceos, que elegem esta zona como local de reprodução e alimentação. Entre outras espécies, também se encontra o camaleão (Chamaeleo chamaeleon), uma espécie ameaçada e cuja distribuição em território nacional está confinada ao litoral do sotavento algarvio, pinhais da orla costeira e ilhas-barreira, e o caimão comum ou galinha-sultana (Porphyrio porphyrio), símbolo do Parque de Ria Formosa, que com a sua proteção, os efetivos populacionais têm aumentado nos últimos anos. Relativamente à avifauna, esta área alberga várias espécies migratórias do norte e centro da Europa, que elegem esta zona como local de nidificação. Apesar do estatuto de Parque Natural, esta região apresenta outros estatutos de proteção nacionais e internacionais, como a Zona de Proteção Especial para Aves (PTZPE0017), Sítio de Importância Comunitária (PTCON0013), de Sítio Ramsar (7PT002), estes devem-se ao elevado valor ornitológico que é como uma refúgio e área de nidificação a dezenas de espécies, em que se destaca o Pato-de- bico-vermelho (Netta rufina) e o Camão (Porphyrio porphyrio).

No que respeita à flora, aqui destaca-se a vegetação das dunas, constituída por plantas que se fixam nas areias em condições difíceis, como a Ammophila arenaria (estorno) e a Otanthus maritimus (cordeirinhos da praia), e do sapal, como um dos ecossistemas mais produtivos do planeta, em que as plantas são únicas pela sua capacidade de sobrevivência em meio salgado, sendo observável os “prados” de Spartina marítima. A nível cultural e económico, a Ria tem um papel importante, tanto a vertente turística como na apanha e produção, em viveiros, de moluscos, bivalves e marisco, pesca, piscicultura e salinicultura. De modo a conhecer este parque de forma sustentável, foram desenvolvidos trilhos, como o Trilho São Lourenço e o Trilho Quinta do Lago, que permite usufruir de todo o esplendor da paisagem e observar a enorme diversidade biológica existente.

A Paisagem Protegida Local da Rocha da Pena situa-se nas Freguesias de Salir e Benafim, ocupa uma área de 673 hectares, entre o Barrocal e a Serra algarvia, e que a sua proteção visa a preservação e conservação dos valores físicos, estéticos, paisagísticos e biológicos do Barrocal, que é composto um monumento ambiental de grande beleza natural, tanto a nível da geologia como a nível da biodiversidade. Geologicamente, a Rocha da Pena é uma cornija escarpada de calcários muito duros, que ao longo dos anos, tem sofrido uma lenta erosão química que originou a formação de fendas e grutas.

Já, a Paisagem Protegida Local da Fonte Benémola é uma zona protegida pelas suas características únicas, na fronteira do Barrocal, um local de beleza rara, que alberga biótopos de grande interesse, tanto a nível geológico como paisagístico, como em termos da fauna e flora. Situada entre as Freguesias de Querença e Tôr, esta zona protegida é atravessada pela Ribeira da Menalva, que contribui para que a sua fauna e flora sejam diversificadas, existindo mais de 300 espécies diferentes de plantas nesta zona. Além desta, a fauna destaca-se pelas 100 espécies de aves que nidificam nas encostas do vale e nas margens da ribeira, nomeadamente o Guarda Rios, Abelharuco e a Águia de Bonelli.