Den 165 ha store Hesbjerg Skov ligger i kommunens sydvestlige hjørne og danner sammen med Øghaven i øst og Ernebjerg Skov i vest et af kommunens største sammenhængende skovområder. Oprindelig hørte skoven til godset Hesbjerg, som i 1864 blev solgt på auktion til boghandler Hans Christian Andreas Milo, der bl.a. opførte herregårdens nuværende hovedbygning. Skoven og herregården blev i familien Milos eje i en årrække. Herefter fulgte en periode med skiftende ejere, der varede indtil 1924, da Sjællands og Fyns Stifters Udstykningsforening købte herregården. Foreningen frasolgte dog Hesbjerg Skov, der i dag drives som et familieaktieselskab.
Hesbjerg Skov ligger i et kuperet istidslandskab, som i sydvest kulminerer i Smedebjerg 102 m.o.h. Selv om der er spredte nåletræsbevoksninger, fremstår den hovedsagelig som en løvskov, der hist og her brydes af lysåbne moser og skovenge. Dertil kommer en del gravede og opstemmede søer. Hesbjerg Skov drives overvejende som en produktionsskov med fladehugster og genplantning eller selvforyngelse. I nord ejer Hesbjerg Fonden desuden en lille naturskov, der i årtier har været udlagt som urørt skov.
Det meste af skoven har muldbund, og plantelivet præges derfor af typiske muldbundsarter som hvid og gul anemone, skovmærke og alm. guldnælde. Stedvis på skrænterne er der dog også morbund med bl.a. ørnebregne, mens man i lysninger og rydninger kan opleve den forholdsvis sjældne klatrende lærkespore. Et mere bemærkelsesværdigt planteliv findes på skovengene og i moserne, der er voksested for arter som smalbladet kæruld, majgøgeurt, alm. mjødurt og tvebo baldrian.
Insektlivet er varieret og omfatter bl.a. arter som sydlig blomsterbuk, garver, sortbrystet maskebille og smal egepragtbille, der alle er tæt knyttet til dødt ved. Desuden kan man i juni-juli opleve den sjældne engperlemorsommerfugl, som har sit måske sidste fynske levested på de lysåbne skovenge. I 2018 stillede Odense Kommune og Danmarks Naturfredningsforening forslag om fredning af Hesbjergkilen, herunder Hesbjerg Skov. Forslaget var i begyndelsen af 2021 stadig under behandling.
