Kasterlee is opgedeeld in drie verschillende natuurlijke structuren. In het noorden vormen de valleien van de Aa, de Rode Loop en de Kaliebeek een natuurlijke grens met de omliggende gemeenten. In dit deel van de gemeente is het natuurgebied Tikkebroeken gelegen.
In het uiterste zuiden domineert de vallei van de Kleine Nete het landschap. In dit agrarisch gebied kunnen landbouw en natuur een kansrijke relatie aangaan.
Precies daartussen bevindt zich de Kempense Heuvelrug, een langgerekte duinenrug die ongeveer heel de Antwerpse Noorderkempen doorkruist. Aan de voet van deze heuvelrug is het natuuurgebied Snepkensvijver gesitueerd.
Zowel op het grondgebied van de gemeente als aangrenzend bevindt zich een rijkdom aan waardevolle natuurgebieden waarvan de meest interessante hieronder geselecteerd zijn:
