El municipio de Santiago se localiza al sur de la Zona Metropolitana de Monterrey, dentro de la región montañosa de la Sierra Madre Oriental, por lo que posee algunos de los paisajes naturales más representativos de Nuevo León. Su relieve está formado por sierras, cañones, valles y elevaciones montañosas que generan una gran variedad de ecosistemas y microclimas. El clima cambia dependiendo de la altitud: en las zonas bajas suele ser semicálido y templado subhúmedo, mientras que en las partes altas de la sierra predominan temperaturas más frescas y húmedas. La vegetación también varía según el terreno, encontrándose matorral submontano en áreas bajas y bosques de encino, pino y pino-encino en las zonas montañosas. Entre las especies vegetales más comunes destacan encinos, pinos, madroños, nogales, anacuas, mezquites y diversas plantas herbáceas y arbustivas.

Gracias a esta diversidad de ambientes, Santiago alberga una fauna muy variada. En el municipio pueden encontrarse venado cola blanca, oso negro, jabalí, gato montés, zorra gris, tlacuaches y pequeños mamíferos de montaña, además de aves como halcones, águilas, búhos y aves canoras. También existe presencia de reptiles y anfibios asociados a zonas húmedas y serranas. Uno de los elementos naturales más importantes del municipio es la presencia de cuerpos de agua como la Presa La Boca y numerosos arroyos y manantiales que nacen en la Sierra Madre Oriental, además de corrientes asociadas al Río Pilón y al sistema hídrico del Río San Juan. Estos cuerpos de agua ayudan a mantener la biodiversidad local y son fundamentales para el abastecimiento de agua, la regulación ambiental y las actividades recreativas y turísticas del municipio.