La Forêt domaniale de Marche-les-Dames est localisée dans le Condroz mosan, en rive gauche de la Meuse, à environ 6 km en aval de la ville de Namur, entre les villages de Beez à l'ouest, de Wartet à l'est et de Gelbressée au nord.
Elle s'étend sur le plateau dominant les Rochers de Marche-les-Dames (qui forment la limite sud du site) ainsi que sur les versants du vallon du ruisseau de Gelbressée, petit affluent de la Meuse venant de Franc-Waret (dans la zone de contact entre la Hesbaye et le Condroz), circulant principalement dans un axe nord-sud et dont la confluence se trouve au niveau du château d'Arenberg, en amont de la gare ferroviaire de Marche.
Le relief est assez vallonné et de plus en plus accidenté à mesure que l'on se rapproche de la vallée de la Meuse et du ruisseau de Gelbressée. L'altitude varie entre 130 et 180 m.
Du point de vue biogéographique, le site fait partie de la région continentale et du district phytogéographique mosan.
La Forêt domaniale de Marche-les-Dames couvre le plateau dominant la rive gauche de la Meuse ainsi que les versants de son affluent le ruisseau de Gelbressée. Elle est constituée de très belles hêtraies, de différents types de chênaies, d'éléments de forêts de ravin et de quelques plantations résineuses et de feuillus exotiques. La marge sud est limitée par les célèbres rochers de Marche-les-Dames, bien connus pour leur remarquable flore rupestre.
La partie principale de la forêt s'étend à l'ouest du vallon de la Gelbressée, sur près de 250 ha. La description de la végétation est cours. L'avifaune y est particulièrement diversifiée et comprend nombre d'espèces cavernicoles: pic vert (Picus viridis), pic épeiche (Dendrocopos major), pic mar (Dendrocopos medius), pic noir (Dryocopus martius), pigeon colombin (Columba oenas), sittelle torchepot (Sitta europaea), etc. ainsi que des forestières typiques comme le pouillot siffleur (Phylloscopus sibilatrix), la bécasse des bois (Scolopax rusticola), la chouette hulotte (Strix aluco), le grosbec casse-noyaux (Coccothraustes coccothraustes), le bouvreuil pivoine (Pyrrhula pyrrhula), ...
La partie orientale du massif forestier, à l'est de la Gelbressée, est moins bien documentée du point de vue biologique, en raison du fait que la moitié de la surface est en propriété privée et donc d'accès interdit. Sur le plan botanique, on y rencontre surtout des hêtraies, des chênaies-frênaies et des chênaies-charmaies calcicoles incluant quelques fragments de forêts de ravin et l'un ou l'autre pointement rocheux, avec des espèces représentatives tels que le dompte-venin (Vincetoxicum hirundinaria), le polystic à aiguillons (Polystichum aculeatum), la laîche digitée (Carex digitata), le sceau de Salomon odorant (Polygonatum odoratum), etc.
Divers éléments fauniques intéressants y ont été notés récemment, notamment parmi l'avifaune, le grand-duc d'Europe (Bubo bubo) probablement cantonné sur un éperon rocheux de la propriété privée, le pic mar (Dendrocopos medius), le pic noir (Dryocopus martius) ainsi que le grand corbeau (Corvus corax).