Heidelberg liegt idyllisch am Ausgang des Neckartals in die Rheinebene und ist umgeben von Wäldern. Bis heute ist das grüne Umland mit seinen Grünzügen, die in die Stadt hineinragen, ein unverzichtbarer Teil Heidelbergs.
Der Freiraum – planerisch gesprochen der Außenbereich jenseits der Siedlungsflächen aus dem Flächennutzungsplan (FNP) – ist in Heidelberg klar gegliedert. Heidelberg ist Teil des UNESCO Geo-Naturparks Bergstraße-Odenwald, seine Waldflächen sind Teil des Naturparks Neckartal-Odenwald. Die Landschaft wird geprägt durch den Neckar, der direkt in Heidelberg in die offene Rheinebene tritt und die Hänge des Odenwalds. Flächen mit besonderer Bedeutung für die Biodiversität, insbesondere für die Artenvielfalt, durchziehen den Freiraum. Er ist zugleich Ort für Nutzungen, die im Siedlungsbereich nicht verträglich untergebracht werden können. Hierzu zählen z. B. Flächen für die Energieerzeugung, Umspannwerke oder Kläranlagen. Überregionale Großprojekte und regionale Maßnahmen, wie neue Strom-, Gas-, Güterbahn- und Straßenbahntrassen erheben ebenfalls Anspruch auf Flächen im Freiraum.
Rund 4.408 Hektar (40 Prozent) der Fläche Heidelbergs sind bewaldet (Stand 31.12.2023). Der Wald leidet unter dem Klimawandel (Hitzeschäden, Trockenheit). Im Zuge der Energiewende ist insbesondere der Beitrag des Waldes als Lieferant des nachwachsenden Rohstoffes Holz von großer Bedeutung. Auf den Höhen des Odenwalds in windreichen Gebieten sollen Standorte für Windkraftanlagen ausgewiesen werden. Seine wichtigsten Funktionen entfaltet der Wald als Erholungs-, Kultur- und Freizeitraum. Durch die multifunktionale Forstwirtschaft, die alle Säulen der Nachhaltigkeit berücksichtigt (Nutz-, Schutz- und Erholungsfunktion), sollen diese Nutzungen in Einklang gebracht werden.
Die wertvollen Böden der offenen Rheinebene sind Garant für die Produktion hochwertiger lokaler Lebensmittel. Die Felder mit ihren ertragreichen Böden und den historischen Höfen machen das Heidelberger Landschaftsbild unverwechselbar. Es gibt funktionierende Wertschöpfungsketten für nachhaltig und regional produzierte landwirtschaftliche Erzeugnisse. Zugleich bedroht der Klimawandel durch Trockenheit und Extremwetter die Erträge und Erosion verlangt Veränderung in der Bewirtschaftung. Durch große überregionale Infrastrukturprojekte, wie Strom- oder Bahntrassen werden auch landwirtschaftliche Flächen in Anspruch genommen. Im Gegensatz zum Wald sind die Flächen in der Ebene, bis auf geschützte Offenlandbiotope, kaum naturschutzrechtlich geschützt.
Streuobstkulturen, Rebflächen und Gärten prägen die Hangkante und den Bereich zwischen der Siedlungsfläche und dem Wald. Der Siedlungsrand und der Wald wachsen immer näher aneinander. Einerseits durch Nutzungsaufgabe und Gehölzsukzession auf den Freiflächen, andererseits durch Bebauung. Der Waldsaum und die Übergangsbereiche stehen unter Druck. Mit seinen Ausblicken in die Ebene und der Vielfalt aus Kleingärten, Weinbergen, Trockenmauern oder Magerrasenflächen stellen die Hänge eine besondere Heidelberger Qualität dar und haben ökologisch großen Wert.
Das Neckartal wird intensiv und vielfältig genutzt. Am Altneckar finden sich einerseits einige der wertvollsten Natur- und Landschaftsschutzgebiete der Stadt. Hier kommt es zu Konflikten durch den hohen Freizeitdruck. Andererseits ist der Neckar als Bundeswasserstraße stark frequentiert. Der Neckar ist Barriere und Energiequelle zugleich: Wasserkraft wird bereits genutzt, zusätzlich wird Flusswärme zukünftig einen wichtigen Beitrag zur klimaneutralen Wärmeversorgung der Stadt leisten. Entlang der Neckarufer befinden sich Naherholungsflächen und touristische Attraktionen. Auch die angrenzenden Höhen mit Königsstuhl und Heiligenberg sind historisch bedeutende Orte und frequentierte Ausflugsziele. Die Lage der B 37 am Neckar stellt eine Herausforderung dar.