למרות קרבתו היחסית למרכז הארץ עמק חרוד כולל כמה תופעות טבע מרשימות וייחודיות, כמו איזורי פריחה של כמה מהפרחים היפים בעולם שהינם אנדמיים לאיזור (כלומר, לא קיימים בשום מקום אחר). המוכר והמרשים מכולם הוא כמובן אירוס הגלבוע, שפורח מדי שנה בפסגת הגלבוע ומושך אלפי מטיילים מדי חורף. איזור בית שאן ובריכות הדגים סביבה מהוות "תחנת רענון" במסלול הנדודים של עופות המים מאירופה לאפריקה ובחזרה, ומקור החסידה, מרכז הצפרות בכפר רופין מאפשר תצפיות מודרכות ומאלפות על הציפורים בעונות הנדידה.
מבחינה גאולוגית העמק הוא נקודת מפגש בין נופי אבן גיר מדרום (הגלבוע והרי השומרון) וגבעות בזלת מצפון (רמת יששכר), שיוצרים כמה תופעות נוף מרשימות כמו מצוק הבזלת בנחל חרוד. שטפונות החורף ממלאים את נחל יששכר וערוצים אחרים באיזור ומהווים אטרקציה בשבתות חורפיות. באביב הרמה מתכסה בפריחת כלניות, עיריות ולבסוף חרציות ופרגים. בשיפולי גבעת המורה אפשר למצוא באביב את אחד משטחי התורמוסים הכי גדולים ולא מוכרים בארץ.
העמק היה תמיד "אסם התבואה" של האיזור ועד היום גדלה בו "אם החיטה", אותה חיטת בר שהחוקר אהרון אהרונסון מצא ב-1906 ושממנה בויתה לפני אלפי שנים החיטה התרבותית. בין האטרקציות תמצאו את "פרובוט" – הרפת הרובוטית בכפר יחזקאל, "ברווזים בכפר" – מרכז המבקרים בכפר ברוך, "דבורת התבור" – מרכז המבקרים בשדמות דבורה, "אגדת לחם" – סדנאות אפיה באתר גשר הישנה, ועוד. בכולם מתקיימות פעילויות לכל המשפחה המאפשרות לגלות מהיכן מגיע המזון שאנחנו רגילים למצוא על מדפי הסופר.
