De Ermelosche Heide maakt deel uit van de Veluwe en ligt op het stuwwallenmassief. Het terrein kenmerkt zich door een open en droge heideveld, omgeven door loofbos, gemengd bos en naaldbos. Het hoogste punt op de Ermelosche Heide is de zogenaamde "Paalberg", een kleine stuwwal uit de ijstijd.
De Ermelosche Heide is rijk aan cultuurhistorische elementen. Er liggen tientallen grafheuvels van duizenden jaren oud en sporen van een voormalig Romeins marskamp met verdedigingswallen, dat in 2006 als rijksmonument werd aangewezen.
Het landschap van de Veluwe is voornamelijk gevormd in de voorlaatste ijstijd. Het schuivende ijs vanaf het noorden zorgde voor de stuwwallen en de reliëfjes op het terrein. De Ermelosche Heide ligt op de reliëfjes die in deze periode zijn aangemaakt.
Het terrein van de Ermelosche Heide was al vroeg door de mens bewoond. Door de eeuwen heen hebben verschillende groepen mensen het landschap gebruikt. Zo zijn er grafheuvels gevonden uit de tijd van de klokbekercultuur.
Ook de Romeinen hebben intensief gebruikt gemaakt van het terrein. In omstreeks het jaar 170 lag er een marskamp voor het Romeinse leger dat zo'n 9 hectare groot was en dat plaats bood aan zo'n 4000-6000 legionairs. De contouren hiervan zijn nog duidelijk in het landschap te herkennen. De aarden verdedigingswallen van het Romeinse marskamp hebben de status van rijksmonument en zijn in 2006 deels gerestaureerd.
Het Nederlandse leger heeft het terrein in de 20e eeuw nog gebruikt als militair oefenterrein. Tegenwoordig is het terrein grotendeels in gebruik als natuurterrein en is beschikbaar voor dagrecreatie.
In de Ermelosche Heide komen 38 soorten broedvogels voor, waaronder zeven Rode lijst-soorten zoals de nachtzwaluw, de kneu, de roodborsttapuit, de geelgors, de torenvalk en de veldleeuwerik. Andere Rode lijst-soorten die er zijn aangetroffen zijn de Gladde slang, de Hazelworm, de Tengere Pantserjuffer, het Heideblauwtje en de Zandhagedis.