Hovedøya har en uvanlig rik geologi og flora, samt et svært variert kulturlandskap. Det er flere plantearter på Hovedøya enn på noe annet område av samme størrelse, og artsrikdommen er på nivå med øyene i Drøbaksundet. Et varmere klima enn i områdene rundt skaper de samme høytempererte vekstforholdene her som på Langøyene og Tofteholmene, som såvidt overgår Hovedøya i total artsrikdom. Det er mye rikt kalkberg fra ordovicium, med innslag av diabas-ganger av intrusive magmamasser som bryter gjennom ordovicium- og silurlagene som smale, brun-mørke bånd. Både kalksteinen og den hardere diabasen har vært brukt som bygningsstein i klosteret og senere i kanonstillingene på øya. Det er rikholdige fossiler fra ordovicium, og lagene er snudd slik at de yngre silurlagene ligger under de eldre fra ordovicium.