Lovns Halvø blev formet under sidste istid, hvor isens bevægelser skabte store, bløde bakker, mens smeltevandet skar dybe kløfter i landskabet. I stenalderen strakte en fjord sig ind i landet, hvor Lovns Sø ligger i dag, og var tæt på at gøre Lovns til en ø.
I dag veksler landskabet mellem landbrugsområder og en mosaik af forskellige naturtyper, som især dominerer på halvøens sydlige del, hvor man kan opleve græssede overdrev, moser, enge, enekrat, kildevæld, egeblandskove og hasselkrat. Ved Hessel Skovhuse i halvøens nordvestlige hjørne ligger en egeskov med hassel og småbladet lind, som måske er resterne af halvøens oprindelige skov. Her vokser vedbend og alm. gedeblad op ad træerne og er med til at give skoven et urskovsagtigt præg.
Dyre- og plantelivet er rigt. I området vokser fem arter af orkideer, bl.a. tyndakset gøgeurt og bakkegøgelilje, og i egekrattene blomstrer om foråret storblomstret kodriver, som ellers er sjælden i Himmerland. I skovene yngler en række almindelige skovfugle, mens man i de åbne områder bl.a. kan se engpiber og rødrygget tornskade. På Melbjerg Hoved i halvøens sydvestligste hjørne findes desuden en koloni af digesvaler, som graver deres redehuller i klinten. Sydøst for Hvalpsund ligger den lavvandede Lovns Sø.
Den yderste del af Lovns Halvø er fredet. De tidligste fredninger går helt tilbage til 1935 og er siden blevet suppleret flere gange, senest i 1982. Derudover indgår den yderste del af Lovns Halvø i habitatområdet Lovns Bredning, Hjarbæk Fjord og Skals, Simested og Nørre Ådale samt Skravad Bæk, mens de sydlige kyster er en del af fuglebeskyttelsesområdet Lovns Bredning.
