A borvidék közel fekszik a borklíma általános északi határához (50. szélességi kör), a domborzati viszonyoknak (lejtőkitettség, lejtőkategória, tengerszint feletti magasság) jelentős szerepük van abban, hogy a felszínre érkező fény- és hőmennyiséget módosítsák. Ez alapján a szőlőtermesztésre alkalmasabb területek a déli, délnyugati, délkeleti hegyoldalak.

Tokaj-Hegyalja változatos felszíne sokszínű növény- és állatvilágnak ad otthont, amelyek között számos védett fajt is találunk. A lejtők déli oldalán cseres és molyhos tölgyesek, az északias oldalán gyertyános-tölgyesek, míg a magasabban fekvő térszíneken (600 m felett) montán bükkösök tekinthetők természetes erdőtársulásoknak. Az egykori szőlők területén a szukcesszió különböző fázisában lévő féltermészetes gyepek, erdős-cserjések, az erdők hagyományos irtványain fajgazdag kaszálórétek alakultak ki.

A kedvező adottságok következtében a bortermelés már a kora középkorban kiemelkedő jelentőségű volt, ám a 16. századtól lendült fel. A szőlőművelés kíméletesen, a táji adottságokat figyelembe véve folyt, teraszozással, kőgátak, vízelvezető árkok kialakításával. A 18. század végére már 14 ezer hektáron műveltek szőlőt. A 19. században a külföldi piacvesztés, majd a filoxéravész a hegyaljai gazdálkodás hanyatlásához vezetett. A filoxéra néhány év leforgása alatt 80-90 %-ban elpusztította a szőlőültetvényeket. A visszatelepítés a 20. század folyamán csak lassan történt meg, és ennek térszerkezetét már sokkal inkább a modern gazdálkodás és a gépesítés szempontjai határozták meg, semmint a táji adottságok, amely a minőség jelentős romlásával is járt. Az 1980-as évekre viszont a szőlőművelésbe vont területek gyarapodása és a nagyipari módszerek a bortermelés – filoxéra előttihez képesti – megduplázódását eredményezték.

A 2012-es adatok alapján négy felszínborítási kategória a teljes mintaterület, (87 309 ha) 76,1%-át fedi le. A legnagyobb területet (26 743 ha) a nem öntözött szántóföldek foglalják el. A második helyen a lombhullató erdők állnak, 19 695 ha kiterjedéssel. Harmadik helyen az intenzív legelők és erősen degradált gyepterületek állnak (10 961 ha), amit a szőlő követ (9 016 ha).

Természetvédelmi területek és tájvédelmi körzetek 6825,3 ha-on terülnek el Tokaj-Hegyalja településeinek közigazgatási határain belül, ami a kistájcsoport teljes területének 7,8%-a. Ezek legnagyobb részben két tájvédelmi körzethez (Tokaj-Bodrogzug és Zempléni) illetve hat országos jelentőségű természetvédelmi területhez tartoznak (Bodrogszegi Vár-hegy, Erdőbényei fás legelő, Megyer-hegyi Tengerszem, Tállyai Patócs-hegy, Tarcali Turzó-dűlő, Long-erdő). Ex lege védelmet élvező értékek közül Tokaj-Hegyalján 204 forrás, 7 földvár, 4 kunhalom és 1 láp található. A terület 12,7%-a (11 051 ha) a Natura 2000 természetmegőrzési, míg 62,5%-a (54 586 ha) a Natura 2000 madárvédelmi területébe, a teljes területnek közel 2/3-a pedig a nemzeti ökológiai hálózatba tartozik. Helyi jelentőségű természetvédelmi területből 9 található.