Holbæk Kommune rummer flere vigtige naturområder samt et væld af kystlandskaber. For at bevare en høj biodiversitet og styrke oplevelsen af landskabet arbejdes der på at sikre større, sammenhængende naturarealer, samtidig med at der tages hensyn til kommunens betydelige landbrugsværdier. Som led i udarbejdelsen af Grønt Danmarkskort har kommunen desuden udpeget en række økologiske forbindelser, som skal forbinde naturområderne med hinanden og sikre dyrenes og planternes spredningsmuligheder.
I perioden 2009‑21 var Holbæk Kommune også en såkaldt klimakommune, som havde indgået aftale med Danmarks Naturfredningsforening om at nedbringe CO2-udslippet med mindst 3 % om året. Kommunen nåede sin målsætning, og i fx 2019 var udledningen på 9.336 tons CO2, hvilket var 3,6 % lavere end delmålet på 9.688 tons. Derimod lykkedes det ikke at blive Klimakommune Plus, inden projektet blev udfaset i april 2021.
