Saint-Antonin-Noble-Val se trouve au milieu d’un site naturel exceptionnel que constituent les gorges de l’Aveyron, à la confluence de deux rivières (l’Aveyron et la Bonnette), entourées de hautes falaises calcaires et de causses caractéristiques. Sur le plan géologique, historique et culturel, la commune est dans le causse de Caylus, au sud du causse de Limogne, occupant une situation de carrefour à la limite du Quercy et du Rouergue. La commune est limitrophe du département du Tarn, elle est entourée de bastides et borde la partie ouest de la forêt domaniale de Grésigne. Elle possède une forêt communale de 227 hectares, sur le causse d’Anglars, gérée avec l’ONF.
Son patrimoine naturel très riche est reconnu, avec de multiples aires protégées (Natura 2000, ZNIEFF de type 1 et 2, zones humides, …). Au total, ce sont 19 espaces sur le territoire communal qui possèdent un statut de protection, de conservation ou d’inventaire du patrimoine naturel. La commune est également intégrée au site inscrit Gorges de l’Aveyron et vallée de la Vère. Des sentiers d’interprétation (sur le causse d’Anglars, le long de l’Aveyron sentier de la Loutre) ont été mis en place il y a plusieurs années.
La commune de Saint-Antonin-Noble-Val se distingue par une biodiversité particulièrement riche et diversifiée, mise en évidence par plus de 16 000 observations naturalistes et 1838 espèces recensées au cours des 25 dernières années. Parmi ces espèces, on dénombre 892 espèces animales, 935 espèces végétales et 11 espèces de champignons. La commune de Saint-Antonin-Noble-Val, accompagnée par le CPIE Quercy Garonne, réalise actuellement un Atlas de la Biodiversité Communale de 2024 à 2027.