Marbæk Plantage ligger på et tidligere hedeareal ud mod Ho Bugt lige syd for Varde Ås udløb. Tilplantningen af heden begyndte i 1904, og i dag har den kommunalt ejede plantage et areal på 363 ha. Mod syd fortsætter skovområdet i den ligeledes kommunalt ejede Sjelborg Plantage, så det sammenhængende skov- og naturområde når op på ca. 900 ha. I og især i kanten af skoven findes flere åbne hede- og mosearealer. Omkring Marbækgård i vest ligger et stort overdrevsareal og tre kunstige søer, mens der op mod Varde Å og kommunegrænsen i nord er større områder med strandeng.
Beplantningerne består overvejende af nåletræ med bjergfyr, rødgran og sitkagran som de dominerende arter. Enkelte steder findes dog også arealer med løvtræ og lærk. På skovbunden præges plantelivet af almindelige morbundsplanter som bølget bunke, hedelyng og skovstjerne, men tæller også den forholdsvis sjældne klatrende lærkespore. På områdets hedearealer dominerer revling, som enkelte steder får selskab af bl.a. guldblomme, kattefod, håret visse, klitkællingetand og alm. månerude. I de fugtige lavninger kan man desuden finde smalbladet kæruld, hvid næbfrø, plettet gøgeurt, benbræk, mosepors, klokkelyng, mosetroldurt samt liden og rundbladet soldug.
Fuglelivet er rigt, og i plantagen er der observeret 160 forskellige arter. Ynglefuglene omfatter bl.a. natravnen, hvis snurrende sang kan høres i skumringen om foråret og sommeren. Dertil kommer en række småfugle samt grønspætte, stor flagspætte og gøg. Myrthuegård i den nordlige del af Marbækområdet blev i 1993 opkøbt af Esbjerg Kommune, der har omdannet den gamle gård til et natur- og kulturformidlingscenter. Den ligeledes kommunalt ejede Marbækgård i vest skal derimod udvikles til et trailcenter med bl.a. foreningslokaler, friluftsfaciliteter og grejbokse.
I 1966 blev 216 ha af Marbæk Plantage fredet, ligesom en mindre del af plantagen indgår i fredningen af Myrthue Vest fra 1968. Plantagen er desuden en del af habitatområdet Vadehavet med Ribe Å, Tved Å og Varde Å vest for Varde. Sammen med resten af Marbækområdet indgår plantagen i Nationalpark Vadehavet.
