I modsætning til den naturlige Søby Sø er de mange søer i området mod syd opstået som et resultat af den omfattende gravning efter brunkul, som især fandt sted i tiden under og lige efter 2. Verdenskrig.
Da gravningen ophørte i 1970, lå brunkulslejerne hen som nøgne, forblæste sandtipper adskilt af utallige små og større søer med brunt og surt vand. For at forhindre sandfygning blev der plantet klitfyr på store dele af de omgravede arealer, og i dag fremstår de gamle brunkulslejer som en mosaik af søer, græs- og lyngklædte sletter, nåletræsplantager og selvsåede fyrre-, birke- og pilekrat. Kun nogle ganske få sandtipper har fået lov at ligge nøgne hen. Selv om gravningen ophørte for ca. 50 år siden, er jordlagene stadig ustabile, og der sker af og til skred i området. Af sikkerhedsmæssige hensyn anbefales det derfor at holde sig til de anlagte cykel- og vandreruter.
På hederne og i skovbunden består plantelivet bl.a. af alm. engelsød, hedelyng, revling og tyttebær samt enkelte sjældenheder som alm. Ulvefod og liden vintergrøn. I de fugtige lavninger kan man finde mosepors og den kødædende rundbladet soldug, mens forholdsvis sjældne vandplanter som flydende kogleaks, aflangbladet vandaks og liden siv vokser i nogle af de mindre søer. Det meget afvekslende område huser et tilsvarende varieret insektliv, og på de tørre, lysåbne sandflader kan man i det tidlige forår fx opleve den orangebrune klitplasterbille, hvis larver snylter på vårsilkebier. Den får selskab af hele 31 arter af dagsommerfugle som markperlemorsommerfugl, spættet bredpande og rødplettet blåfugl. Desuden var det ved Søby, at guldsmeden lille blåpil blev genfundet i 2006 efter i en årrække at have været anset for uddød i Danmark.
Fuglelivet er også ganske rigt, og ved Søby Sø og i Søby Brunkulslejer er der i alt observeret hen ved 170 forskellige fuglearter. Ved søerne kan man om vinteren opleve andefugle som gråand, troldand, pibeand, krikand og hvinand samt i mindre antal både lille og toppet lappedykker, og sangsvaner i hundredvis benytter søerne som overnatningsplads. Også trane og fiskeørn er regelmæssige gæster. Ved Søby Sø deler den sky vandrikse rørskoven med bl.a. grønbenet rørhøne og blishøne, i plantagerne findes arter som stor flagspætte, sortspætte og grønspætte samt lille korsnæb, mens de åbne hedearealer er levested for ravn samt rødrygget og stor tornskade.
For at bevare det karakteristiske landskab, som indvindingen af brunkul efterlod, blev både Søby Sø og brunkulslejerne fredet i 2007. Fredningen dækker et samlet areal på 1100 ha. Heraf ejer staten ca. 353 ha, mens resten er privatejet.