Der nordwestliche Bereich des Kreises Paderborn gehört zur Westfälischen Bucht, die ein Teil der Norddeutschen Tiefebene ist. Die überwiegend ebene bis flachwellige, eiszeitlich überformte Landschaft erreicht etwa 100 m ü. NN. Im Kreis Paderborn ist die Westfälische Bucht in die beiden naturräumlichen Untereinheiten Ostmünsterland und Hellwegbörde gegliedert.

Im Kreis Paderborn sind größere Feuchtgrünlandgebiete schwerpunktmäßig im Bereich der Niederungen von Ems und Lippe in der Umgebung von Hövelhof sowie im Delbrücker und Salzkottener Land vorhanden. Bereits früh wurden die ursprünglichen natürlichen Wälder des Ostmünsterlandes gerodet und in Weideflächen und Acker umgewandelt. Große zusammenhängende alte Waldgebiete gibt es im nordwestlichen Kreis Paderborn heute nicht mehr. In den feuchten Niederungen war zunächst nur Grünlandwirtschaft möglich. Hier fand eine artenreiche Lebensgemeinschaft des extensiv genutzten Feuchtgrünlands über Jahrhunderte einen Lebensraum. Erst nach Entwässerung konnten diese Feuchtstandorte beackert werden und immer mehr artenreiche Feuchtwiesen-Lebensräume verschwanden.

Ein dichtes Netz von Fließgewässern und künstlich angelegten Entwässerungsgräben durchzieht die Niederungsgebiete. Im Norden fließen die in der Senne entspringenden Bäche der Ems zu. Die Naturschutzgebiete „Erdgarten-Lauerwiesen“, „Rixel“, „Rietberger Emsniederung“ (nur teilweise im Kreis Paderborn) und „Steinhorster Becken“ liegen in der Oberen Emsniederung mit Unterer Senne. Auf den grundwassernahen, sauren und nährstoffarmen Sandböden wachsen viele spezialisierte Pflanzenarten, die in heutiger Zeit zum großen Teil überregional bestandsgefährdet sind.

Weiter südlich fließen die Sennebäche der Lippe zu. Darüber hinaus führt die Lippe über die Alme das Wasser der Paderborner Hochfläche ab. Auch in den Lippe-, Pader- und Hederquellen kommt Wasser wieder zum Vorschein, welches auf der zerklüfteten Paderborner Hochfläche (Karstgebiet) versickert. Es handelt sich um kräftige Schüttquellen, die bereits im Quellbereich große Wassermengen führen.

Entlang der Lippe sowie ihrer Zuflüsse Gunne, Heder und Geseker Bach liegen mehrere Naturschutzgebiete, die überwiegend in den 1980er und 1990er Jahren im Rahmen des nordrhein-westfälischen „Feuchtwiesenschutzprogramms“ ausgewiesen wurden: „Boker Heide“, „Gunnewiesen“, „Hederaue mit Thüler Moorkomplex“, „Lippeniederung I – VI“ „Lippeniederung zwischen Bad Lippspringe und Mastbruch“, „Osternheuland“ und „Rabbruch“. In diesen Gebieten siedeln typische Pflanzen- und Tierarten des Feuchtgrünlandes und der Röhrichte, z.B. Breitblättriges Knabenkraut, Großer Brachvogel, Wiesenpieper und Rohrweihe. Charaktervogel des offenen Feuchtgrünlandes ist der Große Brachvogel, der mit ca. 35 Brutpaaren im nordwestlichen Kreis Paderborn siedelt. Seit 2008 ist auch der Weißstorch nach über 50 Jahren Abwesenheit wieder Brutvogel in der oberen Lippeniederung.

Beidseitig der Heder bei Salzkotten befindet sich ein bedeutendes Binnenland-Salzwiesengebiet – das Naturschutzgebiet „Sültsoid“. Besondere geologische und hydrologische Bedingungen führen dazu, dass hier neben Süßwasser auch salzhaltiges Wasser aus Quellen aufsteigt. Auf den salzhaltigen Böden wachsen bemerkenswerte Salzpflanzen, die ansonsten in Salzwiesen an den Meeresküsten anzutreffen sind.

Südlich an die Obere Lippeniederung schließt die Hellwegbörde an. Sie erstreckt sich entlang der alten Hellwegstädte Unna, Werl, Soest und Geseke bis Salzkotten und von dort in einem immer schmaler werdenden Streifen bis nach Bad Lippspringe. Im Kreis Paderborn liegt nur ein kleiner Teil der Hellwegbörde. Die mächtigen, nacheiszeitlichen Lössböden sind beste Ackerböden, die deshalb bereits früh besiedelt und entwaldet wurden. Die Hellwegbörde ist eine seit vielen Jahrhunderten ackerbaulich geprägte Kulturlandschaft.

Gleichzeitig ist die Hellwegbörde Lebensraum für viele Tier- und Pflanzenarten der offenen Feldfluren. Hier leben überregional bedeutende Bestände typischer Feldvögel wie Wiesenweihe und Wachtelkönig. Kiebitze und Feldlerchen brüten noch häufig auf den Feldern und rasten im Frühjahr und Herbst auf den Äckern. Darüber hinaus hat die Hellwegbörde eine herausragende Bedeutung als Rastgebiet und Winterquartier für verschiedene Greif-, Wat- und Singvogelarten aus Nord- und Osteuropa. Im Jahr 2004 wurden ca. 500 Quadratkilometer der Hellwegbörde als Europäisches Vogelschutzgebiet ausgewiesen. Der östliche Teil dieses NATURA 2000-Gebietes liegt im Kreis Paderborn, überwiegend im Gebiet der Stadt Salzkotten.