Территория Городского лесопарка "Лебяжье" расположена в подзоне южной тайги на наиболее древней террасе реки Волга. Территория заказника представляет собой исключительную ценность в сохранении генофонда и биоразнообразия водно-болотных угодий, а также в научно-познавательной и эколого-просветительской деятельности.
Рельеф характеризуется сглаженными склонами. Сложен в основном четвертичными отложениями, состоящими из песков, супесей и суглинков. Почвы лесопарка в основным дерново-подзолистые.
Гидрография лесопарка представляет собой крупную разветвленную овражно-балочную сеть, ложбины которой состоят из многочисленных котловин с образовавшимися в них озерами и болотами. В лесопарке насчитывается 122,2 га водных угодий. Среди них 81,2 га озер и 41 га болот. Наиболее значимы две группы озер - Лебяжьи и Глубокие.
Питание озер преимущественно снеговое. Основной приток весенних вод поступал в озера из овражно-балочной сети через Ремплерскую балку и Осиновскую ложбину.
Озера Малое, Большое и Сухое Лебяжье соединены между собой протоками. Весной они широко разливаются, затапливая пойму и прибрежную полосу леса. В настоящее время уровень воды в озерах поддерживается искусственным путем - подачей воды из озера Юдинский карьер.
Вода в озерах очень мутная, мягкая, средней минерализации, без запаха, прозрачность 7 см.
В Большом Лебяжьем озере отмечено 128 таксонов водорослей. В нем обитает 85 видов планктонных организмов. Трофический статус озера изменяется от мезотрофного до гипертрофного.
В Малом Лебяжьем озере выявлено 106 видов фитопланктона и 81 вид зоопланктона. Видовое разнообразие среднее.
В Сухом Лебяжьем озере отмечено 90 таксонов организмов фитопланктона. В озере обнаружено 79 видов планктонных организмов.
Ихтиофауна озер включает в себя 3 вида рыб, из которых золотой карась имеет любительское промысловое значение.
Восточнее Лебяжьих озер расположены карстовые озера, называемые Большое Глубокое и Малое Глубокое.
Из общей площади городского лесопаркового хозяйства "Лебяжье" 3079 га территории покрыто лесом. Это участки хвойного соснового, смешанного хвойно-широколиственного и широколиственного липового леса.
В лесопарке отмечено 399 видов высших сосудистых растений, высажено 20 видов деревьев и 17 видов кустарников. Территория близка к естественным местам обитания, что подчеркивает особую ценность в сохранении биологического разнообразия наземных и водных экологических систем.