Природный комплекс музея-заповедника "Кижи" является частью природно-ландшафтного комплекса Заонежья. В результате научных исследований района Заонежья было установлено, что он отличается от сопредельных территорий практически по всем природным параметрам: климату, геологическому строению, рельефу, почвам, флоре и фауне. Кроме того, в результате разнообразной человеческой деятельности по освоению Заонежья на протяжении 7 тысяч лет здесь сформировались культурные ландшафты, также имеющие особенные черты. Это позволило выделить район Заонежья как уникальная историко-культурная и природно-ландшафтная территория и включить её в Список Всемирного культурного и природного наследия ЮНЕСКО. Охранная зона музея-заповедника "Кижи" располагается на территории федерального зоологического заказника "Кижский" площадью 50 000 гектар, созданного с целью охраны редких видов флоры и фауны, а также мест воспроизводства водно-болотных птиц. Также музей-заповедник располагается в непосредственной близости от планируемого национального парка "Кижские шхеры" (второй вариант - природный парк "Заонежский") площадью 115 000 гектар, основная цель которого - сохранение природных и культурных ценностей северной части Заонежья. Необходимо отметить и другие особо охраняемые природные территории Заонежья: заказники "Ковшозеро" (лобелия Дортмана, полушник озёрный; 60 га), "Анисимовщина" (карельская берёза;6,1 га), "Шуньгский разрез" (выход на поверхность шунгитовых пород с органическими окаменелостями; 10 га), охотничий заказник "Ламбасручей" (лось, тетеревиные, канадский бобр; 17,4 га); геологический памятник природы на Южном Оленьем острове (породы докембрия с органическими окаменелостями возрастом около 2 миллиардов лет; является также археологическим памятником с комплексом объектов эпохи мезолита - стоянкой и могильником; 75 га); гидрологические памятники природы: родники "Соляная яма" (единственный в Карелии выход на поверхность высокоминерализованных вод) и "Три Ивана" (излечивание экзем); болотные памятники природы: Замошье (178 га) и болота у губы Петрикова (43 га) и деревни Боярщина (24 га) на Заонежском полуострове, а также 42 выявленных ценных природных объекта, претендующих на получение статуса памятников природы.

Заонежье - это крупный Заонежский полуостров и примыкающий к нему архипелаг Кижские шхеры площадью 560 км2, насчитывающий около 500 островов (34 % от суммы всех островов Онежского озера). Геологическую историю формирования этого района можно проследить, начиная с 3-х миллиардов лет. Такой возраст имеют коренные породы докембрия - известняки и доломиты, имеющие выход на поверхность острова Южный Олений. Благодаря этому остров получил известность не только в России, но и у специалистов по докембрию во всём мире. Здесь же были обнаружены фитолиты - окаменелости первых организмов на планете Земля - древних водорослей, возраст которых насчитывает 2 миллиарда лет!

В это же время здесь проходила активная тектоническая деятельность. Древние вулканы сохранили свои следы в виде скалистых уступов и обвалов камней. Один из них находился на мысе Радколье Большого Леликовского острова, на котором сейчас можно увидеть некк (жерло) древнего вулкана.

Следующей важной эпохой в геологической истории Заонежья являются периоды наступления и таяния ледников. В целом территорию Карелии в четвертичный период посетило не менее 5-ти ледников. В Заонежье сохранилось множество свидетельств последнего Верхневалдайского оледенения. Этот ледник и образовавшееся в результате его таяния Онежское приледниковое озеро сформировали современный ландшафт Заонежского полуострова - вытянутые с северо-запада на юго-восток гряды и параллельно им расположенные межсельговые равнины, озёра, болота, заливы и губы Онежского озера. Их продолжением являются вытянутые в том же направлении острова Кижских шхер. Характерной чертой такого ландшафта являются напоминающие стадо овец "курчавые" скалы, образованные обкатанными ледником "бараньими лбами". На территории бывшего Советского Союза они встречаются только в Карелии и на Курильских островах. Другими интересными геологическими объектами, связанными с деятельностью ледника, являются 7 термокарстовых воронок на острове Кижи глубиной до 3-х метров. Они образовались в результате вытаивания глыб льда, оказавшихся под толщей обломочного материала, перемещаемого ледником.

11 тысяч лет назад, когда ледник покинул территорию Заонежья, здесь прошла серия землетрясений. Некоторые из них были разрушительными интенсивностью 8 и более баллов (по 12-тибалльной шкале). Одна из палеосейсмодислокаций обнаружена на берегу Векхозера, где можно увидеть отвесный скалистый уступ и обвал каменных глыб. Интересно отметить, что и в настоящее время в Заонежье регистрируется движение земной коры - её северная часть на миллиметры в год поднимается, а южная, включая южную оконечность полуострова, опускается.

Важную роль в формировании Заонежского ландшафта сыграл период "климатического оптимума голоцена", имевшего место 7,8 - 4,9 тысячи лет назад. Климат в то время был более тёплый и влажный по сравнению с современным и соответствовал климатическим условиям Псковской и Новгородской областей. Наряду с хвойными породами тогда произрастали широколиственные виды - дуб, лещина, вяз, чёрная ольха, липа, в настоящее время характерные для южных лесов. Все они, кроме дуба и лещины, сохранились на территории Заонежья, придавая его ландшафтам неповторимый облик. Приспособились к жизни в Карелии и их спутники - дубравные травянистые растения.

5 - 4 тысячи лет назад наступил следующий период, когда климат соответствовал зоне лесостепей и степей. На территории Заонежья в качестве реликтов того времени также сохранились травянистые растения - гвоздика песчаная, тимьян ползучий и другие.

В геологическом плане Заонежье отличает ещё одна очень важная особенность. Здесь обнаружены уникальные шунгитовые породы, нигде больше в мире не встречающиеся! В результате процессов формирования земной поверхности они образовали нехарактерные для Карелии высокоплодородные почвы, получившие название "кижские чернозёмы".

В силу этих причин, а также климатических особенностей в Заонежье сформировался своеобразный растительный покров и флористический состав. Так, данный район расположен в зоне зеленомошных хвойных лесов, однако в его пределах преобладают смешанные и лиственные древостои. Основными лесообразующими породами являются берёза, осина, серая ольха, ель, сосна, на отдельных участках и островах - липа, вяз, чёрная ольха. Встречаются чистые насаждения из ивы, рябины, древовидной черёмухи. Хорошо развит подлесок и травяной покров. В целом леса отличаются большой пестротой и мелкоконтурностью выделов - тип леса меняется через каждые 50-150 м и не повторяется на соседних островах!

Кроме южных видов, здесь произрастают типичные таёжные, сибирские, аркто-альпийские виды, есть даже обитатели морей, приспособившиеся к жизни в пресноводных водоёмах. Они сохранились, согласно гипотезе, со времени существования обширного водоёма, когда-то связывающего Балтийское и Белое моря, куда также входили Ладожское и Онежское озёра. На территории Заонежья обнаружен ещё один интересный растительный объект - синюха онежская, которая нигде больше в мире не встречается. Большое количество видов является лекарственными растениями. Много здесь и редких растений. Так, только на острове Кижи обнаружено 335 видов сосудистых растений, из них 40 являются редкими, а 16 занесены в Красную Книгу Карелии. На о.Вавлок в июне 1988 года найдена уникальная популяция орхидеи Венерин башмачок, включающая более 100 цветущих растений. Кизильник киноварно-красный, произрастающий на Ламбинских островах, занесён в Международную Красную Книгу. А Солнцецвет монетолистный, встреченный на мысе Радколье Большого Леликовского острова, был до этого известен в Карелии только на побережье Ладожского озера, в окрестностях посёлка Вяртсиля. Кроме того, локальная раса этого вида на Кольском полуострове (Турий мыс) выделена в отдельный вид Солнцецвет арктический, который занесён в Красную Книгу СССР как эндемик Кольского полуострова. Популяция солнцецвета на мысе Радколье является связующим звеном, показывающим путь проникновения этого вида на Кольский полуостров по прибрежным скальным местообитаниям Онежского озера к Белому морю. Каулиния гибкая, занесённая в Красные Книги Восточной Фенноскандии и Карелии, предложена для включения в новое издание Красной Книги России с категорией 1 - "Виды, находящиеся под угрозой исчезновения".

В целом, растительный мир Заонежья характеризуется высоким разнообразием. Здесь обнаружено более 850 видов сосудистых растений, что составляет примерно 2/3 флоры Карелии. Из них 50 видов внесены в различные Красные Книги: РСФСР - 6 (полушники щетинистый и озёрный, осока свинцово-зелёная, орхидеи венерин башмачок настоящий и пальчатокоренник Траунштейнера, лобелия Дортмана, обитающая только в чистой воде), Карелии - 37, Восточной Фенноскандии - 35 видов.

Не меньшим богатством отличается и мир животных, особенно фауна насекомых и птиц. На островах Кижского архипелага обнаружено 436 видов насекомых, среди них много редких представителей. Так, бабочка Аполлон чёрный является видом, охраняемым в общеевропейском масштабе. Здесь же зарегистрировано более 180 видов птиц, что составляет 90 % от общего числа видов, гнездящихся в Карелии. Среди них обитают виды, имеющие в Заонежье южную и северную границы распространения, а также сибирские и арктические виды птиц. 20 видов представителей орнитофауны занесены в Красную Книгу Карелии. Имея ключевое значение для сохранения популяций целого ряда птиц северной Европы, район Заонежья в 1988 году включён в Общеевропейский каталог важнейших орнитологических территорий международного значения (Important Bird Areas). Кроме того, в 2001 году при содействии Союза охраны птиц России район Кижских шхер внесён в список объектов, являющихся наиболее важными потенциальными Рамсарскими угодьями (Для справки: Рамсарские угодья - водно-болотные угодья мирового значения в качестве мест обитания водоплавающих птиц. Рамсарская конвенция - международное соглашение об их охране - принята в городе Рамсар, Иран, в 1971 году. Водно-болотные угодья - один из ключевых типов экосистем планеты и существенным образом влияют на глобальный круговорот воды и ряда важнейших химических элементов, регулируют климат обширных территорий, являются, как уже было сказано, ценными местообитаниями водоплавающих птиц и других животных. Кроме того, это ресурсы чистой воды и пищи для населения. Водно-болотные угодья являются важным объектом национального природного наследия. Список Рамсарских угодий на территории России утверждён Постановлением Правительства Российской Федерации). Статус охраняемых в Карелии имеют также 2 вида земноводных (обыкновенный и гребенчатый тритоны) и 6 видов млекопитающих (ласка, белка-летяга, косуля, выдра, летучие мыши ночница усатая и ушан бурый).

Природа Заонежья - удивительное по красоте и уникальное по своему разнообразию, экологическим условиям, истории формирования творение Природы. Аналогов ему нет не только в Карелии, но и во всей Европе! Поэтому разработка комплекса природоохранных мероприятий должна стать одним из главных направлений деятельности музея-заповедника "Кижи".