Haltialanmetsä on monipuolinen lehtojen ja korpien muodostama metsäkokonaisuus, jolla on valtakunnallista suojeluarvoa erityisesti monien luontotyyppiensä, huomattavan lahopuumääränsä sekä uhanalaisen ja vaateliaan kääväkäslajistonsa ansiosta. Haltialanmetsän kasvillisuus on monipuolista ja rehevää. Arvokkaimpia elinympäristöjä ovat laajat lehtokorvet, turvelehdot, keskiravinteiset tuoreet lehdot sekä kosteat lehdot. Etenkin alueen korpikokonaisuus on valtakunnallisesti merkittävä. Lisäksi alueella kasvaa tuoretta ja lehtomaista kangasmetsää. Ylispuusto on pääosin järeää tai kookasta ja iältään 70–110 vuotta vanhaa.
Haltialanmetsä on valtakunnallisesti merkittävä alue kuusilahopuun kääväkäslajiston suojelun kannalta. Mombergintien lounaispuolen lehto on tärkeä haavasta ja koivusta riippuvaiselle lajistolle. Alueella on havaittu yhteensä 98 kääpälajia. Alueen valtakunnallisesta suojeluarvosta ovat merkkinä monet ekologialtaan vaateliaat lajit, kuten sitkaskääpä, kalvaskääpä ja poimukääpä, jotka on vuoden 2019 uhanalaisarviossa luokiteltu vaarantuneiksi. Valtakunnallisesti silmällä pidettävistä lajeista alueella on tavattu mm. sitruunakääpä, lumokääpä ja peikonnahka.
Haltialanmetsän alue on merkittävä myös muiden lajien esiintymisen kannalta. Alueella on havaittu yhteensä 210 putkilokasvitaksonia, joiden joukossa on useita Helsingissä harvinaisia ja uhanalaisia lajeja sekä muutamia valtakunnallisesti silmällä pidettäviä ja alueellisesti uhanalaisia putkilokasvilajeja.
Haltialanmetsän alueella on havaittu yhteensä 50 lintulajia, jotka kuuluvat alueen pesimälinnustoon tai joiden reviiri sijaitsee osittain alueella. Pesimälinnusto on lajistollisesti ja määrällisesti edustava. Vanhan metsän suosijoista erityisen runsaana esiintyy puukiipijä, samoin kuin Suomessa harvalukuiset idänuunilintu ja pikkusieppo.
Lisäksi alueella on melko edustava kuusella elävä kovakuoriaislajisto. Monipuoliseen lajistoon kuuluu edellä mainittujen lisäksi myös mm. liito-orava, näätä, villisika ja hirvi.
Monimuotoisuusarvojensa lisäksi Haltialan alue on pääkaupunkiseudun tärkeimpiä virkistysalueita sekä merkittävä opetus- ja retkikohde.