I 2013 var 9.902 naturområder i Frederikshavn Kommune beskyttet af Naturbeskyttelseslovens § 3. De dækkede tilsammen et areal på 14.322 ha, hvilket er ca. 1/5 af kommunens areal. Af disse områder lå ⅔ på Skagen Odde. Engene var med 2.463 områder de talrigeste § 3-områder, mens hederne med et samlet areal på 6.329 ha havde den største udbredelse. Mens engene især er knyttet til ådalene, er hederne overvejende klitheder langs kysten og i indlandsklitterne.
De tidligste fredninger i kommunen er fra 1921, hvor Råbjerg Mile og Skagen Gl. Plantage (Byfogedskoven) blev fredet. Kort tid efter, i 1929, blev også Sæbygård Skov fredet. Fredningerne sikrede den sidste åbne vandremile, en af de første vellykkede klitplantager og det, man på daværende tidspunkt anså for Danmarks nordligste naturlige bøgeskov (en titel, som siden er gået til Baggesvogn Skov).
Som den første større landskabsfredning i kommunen blev Katsig Bakker fredet i 1935. Arbejdet med større arealfredninger begyndte dog først i 1960’erne på initiativ af det fredningsplanudvalg, som blev nedsat med hjemmel i Naturfredningsloven i 1959. I dag har Frederikshavn Kommune 47 arealfredninger.
Flere naturområder i kommunen er desuden beskyttet af EU’s fuglebeskyttelses- og habitatdirektiver. Disse Natura 2000-områder omfatter de otte habitatområder Skagens Gren og Skagerrak; Råbjerg Mile og Hulsig Hede; Jerup Hede, Råbjerg og Tolshave Mose; Hirsholmene, havet vest herfor og Elling Ås udløb; Åsted Ådal, Bangsbo Ådal og omkringliggende overdrevsområder; Solsbæk; Nymøllebæk og Nejsum Hede samt Ålborg Bugt, Randers Fjord og Mariager Fjord. I udpegningsgrundlaget for habitatområderne indgår både arter og naturtyper. De vigtigste arter for udpegningerne i Frederikshavn Kommune er odder og hedepletvinge, mens de vigtigste naturtyper bl.a. er hvide klitter og vandremiler; kystklitter med gråris; fugtige klitlavninger; boblerev samt vandløb med vandplanter.
Ud over habitatområderne har Frederikshavn Kommune også Ramsarområdet Hirsholmene og de fire fuglebeskyttelsesområder Råbjerg Mile og Hulsig Hede; Jerup Hede, Råbjerg og Tolshave Mose; Hirsholmene samt Ålborg Bugt, nordlige del.