Битцевский лес имеет природоохранное, рекреационное, эколого-просветительское и историко-культурное значение как особо ценный, крупный и целостный природно-территориальный комплекс, отличающийся высоким природным разнообразием, наличием редких и уязвимых в условиях города видов растений и животных и благоприятными условиями для отдыха в природном окружении. Главная ценность природно-исторического парка «Битцевский лес» в расположении крупного лесного массива, одного из сохранившихся «зелёных клиньев» по которым воздух из Подмосковья поступает к центру Москвы.

Протяжённость парка с севера на юг — 10 км, с запада на восток — 1,5—4 км.

Расположен в юго-восточной, наиболее приподнятой части Теплостанской возвышенности, значительно возвышающейся над окружающей местностью. Она представляет собой обособленный природный район, сформировавшийся на доледниковом останце. Общий уклон территория парка имеет с запада на восток.

Поверхность территории парка пересечена глубокими долинами речек, простирающимися в широтном направлении и являющимися притоками рек Москвы и Пахры. К долинам речек привязана густая сеть ветвящихся оврагов и балок с многочисленными отвержками, прорезающихся почти в меридиональном направлении. Овраги характеризуются крутыми, более 6° склонами, с глубиною от 2 до 5 м, а в истоках — до 10—15 м. В центральной части их распространения пологие склоны оврагов и балок сильно залесены, а днища часто заболочены. Для ряда оврагов, в днищах которых протекают ручьи, характерны крутые обрывистые берега. Общая площадь овражной сети превышает 120 га. Долины речек Чертановки, Городни и Битцы, берущих своё начало на территории природного парка значительно разработаны древней и современной эрозией. В настоящее время в большей части оврагов наблюдается глубинная эрозия, что определяет и повышает водоохранную роль насаждений природного парка. Вдоль берегов pек Чертановки и Битцы, в пределах природного парка местами простирается надпойменная терраса, сложенная аллювиальными отложениями древнего происхождения (позднечетвертичные).

Остальная часть территории представляет собой слабоволнистую поверхность, преимущественно залесенную, частично покрытую травяной растительностью. Наиболее плоские водоразделы приурочены к западной части территории санатория «Узкое» с абсолютными отметками 246—256 м и 225—236 м и к междуречью рек Дубинкинской и Чертановки с абсолютными отметками 190—206 м. У уреза реки Битцы на юго-востоке — 171 м. Максимальное превышение поверхности над уровнем реки Москвы до 130 м определяет высокую интенсивность эрозионных процессов на территории парка. Амплитуда относительных высот равна 35—60 м. Глубокая пересечённость поверхности обусловила эрозионно-увалистые формы рельефа. В основании геологического разреза здесь залегают горные породы каменноугольного возраста. Но глубины их залегания — около 150 метров — таковы, что в практике с ними можно столкнуться только при решении вопроса водоснабжения — при бурении глубоких скважин. На поверхность выходят только раннемеловые пески (долина реки Городни).

Из современных геологических процессов на территории природно-исторического парка следует отметить овражную эрозию, которой способствует лёгкая размываемость покровных суглинков, а также гравитационные процессы — осыпи, оплывины и оползни на крутых склонах. Наибольшее количество оползней в пределах Битцевского леса наблюдается по обоим склонам долины Городни.
 

Территория лесопарка относится к району Ясенево (Юго-Западный административный округ).
На севере лесопарк граничит с районом Зюзино через Балаклавский проспект.
На юге — с поселением Сосенским (Новомосковский административный округ)
На западе — с районом Коньково, жилой застройкой района Ясенево (ЮЗАО) и поселением Сосенским НАО.
На востоке — с районами Чертаново Южное, Чертаново Центральное, Чертаново Северное (Южный административный округ) и Северное Бутово (ЮЗАО).

Всего на территории природно-исторического парка «Битцевский лес» в 1980—2008 годах зарегистрированы 648 видов сосудистых растений, относящихся к 93 семействам, при этом 10 семейств представлены исключительно культивируемыми или заносными видами. Из них 16 видов — споровые растения, 10 — голосеменные, 566 — покрытосеменные, в том числе 113 — однодольные, 453 — двудольные. Наибольшим числом видов в природно-историческом парке представлены семейства сложноцветные (64), розоцветные (58), злаковые (51), бобовые (26), крестоцветные (26), губоцветные (22), гречишные (20) и гвоздичные (20). На долю представителей этих 8 семейств приходятся 48,5 % отмеченных здесь видов. Ещё на 6 семейств — осоковые (17), ивовые (18), зонтичные (19), норичниковые (18), лютиковые (17) — приходятся 15 % видов сосудистых растений природно-исторического парка.

Средний возраст местных лесов — 84 года. Самые старые из них дубняки, достигающие в Битцевском лесу 180—190 лет; Самые старые липняки Битцевского леса достигают 90—100 лет, их площадь невелика. Основная площадь, занятая липняками, представлена 70—90-летними насаждениями. Среди березняков основную площадь занимают насаждения в возрасте 60—70 лет. Значительную площадь по сравнению с другими лесными массивами Москвы занимают осинники, преимущественно 50—60 лет. Большинство хвойных насаждений Битцевского леса имеют искусственное происхождение. Более половины насаждений Битцевского леса имеют второй ярус древостоя, который в основном образует липа. В этом качестве она присутствует в сосняках, дубняках, липняках и березняках. В березняках и липняках кое-где во второй ярус выходит ель. Подлесок в Битцевском лесу представлен почти на всей покрытой лесом площади. Он весьма разнообразен по составу: его формируют рябина, крушина, лещина, жимолость, бересклет, а также малина, бузина, черёмуха и различные виды кустарниковых ив, однако преобладающей породой — 70 % — является лещина.

На территории природно-исторического парка «Битцевский лес» обитают не менее 150 видов: амфибии — травяная лягушка, обыкновенный тритон, гребенчатый тритон, серая жаба и озёрная лягушка, рептилии — обыкновенный уж, птиц (109 видов) и млекопитающих (35 видов). Сведения о беспозвоночных менее полные: на территории отмечается 80 видов беспозвоночных, внесённых в Красную книгу города Москвы, из них 78 видов — насекомые.

Человек жил на территории, ныне занимаемой Битцевским лесом, уже в глубокой древности, но достоверно поселения здесь известны начиная с XII века, когда вятичи перешли на курганные захоронения. На территории парка сохранились семь курганных групп, которые служили кладбищами небольших поселений. В центральной части лесного массива так же известны остатки двух селищ датируемых XIII—XV веками.

Начиная с конца XVI века здесь появляются усадьбы, которые окружаются селами. В настоящее время из семи усадеб сохранились только три. От остальных остались следы в виде прудов, старых деревьев усадебных парков и, очень редко, фрагментов фундаментов зданий. В XIX веке в селе Ясенево появился кирпичный завод, сырьём для него служили четвертичные суглинки, добываемые в карьере к востоку от села на водоразделе рек Городни и Битцы.

В это время сплошного лесного покрова на территории будущего парка не было. Больше деревьев произрастало в северной части, в южной имелись отдельные рощи. Все старые деревья здесь низкорослые и раскидистые, что говорит об их росте на открытом пространстве. В начале XX века к северу от усадьбы «Знаменское Садки» были проведены масштабные посадки культуры ели.

В первой половине XX века большая часть территории использовалась в сельскохозяйственных целях.

В 1941 году во время Великой Отечественной войны значительная часть лесных насаждений была вырублена для организации обороны на танкоопасном направлении. Были оборудованы три линии обороны и две зенитные батареи. В лесу сохранились окопы, ходы сообщений, железобетонные колпаки ДОТов, противотанковые рвы. До середины 1944 года вырубка деревьев продолжалась на нужды населения, а освобожденная от леса территория использовалась под огороды. Уже начиная с 1944 года начинаются масштабные посадки лесных культур широколиственных пород. «Битцевский лесопарк» входит в состав Ленинского леспаркхоза.

В начале 1960-х годов южную часть лесного массива прорезала МКАД и большая часть лесопарка вошла в состав Москвы. К Олимпиаде 1980 года в северной части лесопарка строится конно-спортивный комплекс «Битца».

В 1974 году на опушке Битцевского лесопарка в Беляево «неофициальные» советские художники провели стихийную выставку своих работ (знаменитая «Бульдозерная выставка»), разогнанную милицией.

В 1980-е годы на западную сторону Битцевского лесопарка планировалось перенести Московский зоопарк, но проект отклонили, в том числе и из-за недовольства местных жителей. При строительстве станции метро «Битцевский парк» (ныне «Новоясеневская») для выхода к зоопарку был предусмотрен восточный вестибюль (в настоящее время используется для пересадки пассажиров на станцию «Битцевский парк» Бутовской линии и выхода в город). В конце 1980-х — начале 1990-х годов получает широкую известность экологическое движение «Битца».

В мае 1992 года на всей территории, занятой лесом, создаётся первый в Москве природный парк, получивший название «Битцевский лес», в состав которого входят два лесопарка — в северной части Олимпийский (название связано с олимпийским конно-спортивным комплексом) и в южной части Ясеневский. В 2005 году парку присваивается статус природно-исторического парка.

В 2001—2006 годах в Битцевском лесу действовал серийный убийца Александр Пичушкин, получивший прозвище «Битцевский маньяк». В июне 2006 года Пичушкин был пойман, а в 2007 году приговорён к пожизненному лишению свободы. В 2017 году в Битцевском лесу началась новая серия убийств. Разыскиваемого преступника уже прозвали «новым битцевским маньяком».

В Битцевском лесу расположены неоязыческие (родноверческие) святилища (капища), проводятся встречи родноверов, в том числе ритуалы и праздники. В качестве культовых объектов родноверы также могут использовать расположенные в парке курганы вятичей.

Битцевский парк богат историко-археологическими памятниками, это прежде всего курганы вятичей XI—XII веков и дворцово-парковые ансамбли дворянских усадеб XVIII—XIX веков, которые образуют с парком единый природный и историко-культурный комплекс. В усадебные комплексы «Узкое» и «Ясенево» входят церковь Казанской иконы Божьей Матери и церковь Петра и Павла соответственно. Церкви также как и усадьбы объявлены памятниками культуры.
 

• Усадьба «Узкое» своё название получила от бывшего села, известного с XVI века. Её владельцы менялись довольно часто. В XVII — начале XVIII веках «Узкое» находилось во владении бояр Стрешневых, в XVIII веке — князей Голицыных, c 1810-х годов усадьба принадлежала Толстым, с 1883 года — князьям Трубецким. В «Узком» бывали философы-идеалисты Е. Н. и С. Н. Трубецкие. В 1900 году в усадьбе скончался их друг, выдающийся отечественный философ Владимир Сергеевич Соловьев. В 1922 году усадьба «Узкое» была отдана Центральной комиссии по улучшению быта учёных (с 1931 года Комиссия содействия учёным), а в 1937 году — Академии наук СССР. До настоящего времени усадьба используется как санаторий для членов Российской академии наук.
  
   
• Усадьба «Ясенево» получила своё название от бывшего села Ясенево, известного с 1339 года как великокняжеская, а затем — царская вотчина. В 1690—1790 годах Ясенево принадлежало боярам (впоследствии князьям) Лопухиным, из рода которых происходила Евдокия Фёдоровна, первая жена Петра I. После Лопухиных усадьбой долгое время владели сначала князья Гагарины, а затем Бутурлины.
  
   
• История усадьбы «Знаменское-Садки» связана со многими видными политическими и общественными деятелями Российской империи. В первой половине XIX века в усадьбе бывали или жили многие выдающиеся деятели русской культуры, в том числе историк М. П. Погодин, Н. В. Всеволожский — основатель общества «Зеленая лампа», поэт П. А. Вяземский и др. Здесь произошла свадьба родителей Л. Н. Толстого, мать которого приходилась племянницей хозяину усадьбы И. Д. Трубецкому. В 1865 году владельцем усадьбы стал М. Н. Катков — известный журналист, публицист, редактор и издатель. Ныне в усадьбе располагается ВНИИ охраны природы.
  
   
• В 1980 году для проведения XXII Олимпийских игр рядом с парком был построен конно-спортивный комплекс «Битца», на котором проводились олимпийские соревнования по конному спорту и современному пятиборью. Непосредственно на территории Битцевского леса были построены препятствия для преодоления верхом, и проводились соревнования по конному кроссу.
  
   
• На территории лесопарка расположен ГБУ Психиатрический интернат № 30, построенный в 1972 году (улица Днепропетровская, дом 14).
  
    
• Историко-природный комплекс Лысая гора — суходольный луг, расположенный в окружении леса, где произрастают редкие травянистые растения. Ландшафты Лысой горы представляют ценность как местообитание характерных для суходольных лугов животных, зайцев. В 1990-е годы в Битцевском лесопарке возле Лысой горы по долинам реки Чертановки и Городни отмечено гнездование ястреба-тетеревятника. Недалеко от Лысой горы в русле реки Чертановки имеются три «серебряных родника», из которых, несмотря на запреты экспертов, местные жители берут воду. В 2000 году на Лысой горе были установлены деревянные скульптуры славянских богов, символизирующие древнее капище.
  
   
• Недалеко от Лысой горы находится Межевой столб 1909 года, местный памятник Столыпинской реформе. Подобные обелиски ставились массово в 1909 году, когда после закона от 9 ноября 1908 года проводилось межевание Московского уезда, однако сохранились лишь единицы. Столб расколот пополам, а на круглом углублении для медальона нацарапан полустертый крест.
  
   
• В южной части парка находится Битцевский родник, к которому за водой ходят многие жители района Ясенево и некоторые жители районов Чертаново Южное и Чертаново Центральное.
  
   
• На территории лесопарка расположен кинологический центр «Ясенево», основанный в 1982 году.