El río Lobos es el eje del cañón del mismo nombre y causante de la erosión que le ha dado forma. Discurre principalmente por la provincia de Soria, aunque nace en la de Burgos. Se sitúa en la separación de la cordillera Ibérica con la alta meseta del Duero.

Las 10 176 ha que comprende el paraje del Cañón del Río Lobos son territorio de Santa María de las Hoyas, San Leonardo de Yagüe, Casarejos, Herrera de Soria, Nafría de Ucero y Ucero (todos éstos en la provincia de Soria) y Hontoria del Pinar (provincia de Burgos). Fueron declaradas Parque Natural por Decreto de la Junta de Castilla y León 115/1985 de 10 de octubre de 1985, en atención a sus singulares atributos naturales. Posteriormente, en 1987, se declaró ese mismo ámbito Zona de Especial Protección para las Aves (ZEPA). En la actualidad está en tramitación un nuevo Plan de Ordenación de los Recursos Naturales que ampliaría la superficie a 12.244 hectáreas e incluiría terrenos del municipio de Espeja de San Marcelino (Soria).

Morfológicamente se trata de un profundo tajo excavado en las calizas mesozoicas del cauce fluvial, que ha dejado a la vista enormes paredones de varias decenas de metros de elevación. Este tajo es fruto de una doble erosión: la debida al desgaste del propio río y la debida a la disolución de la roca por el agua. El hundimiento del lecho se ha producido al ceder las grutas que previamente había excavado el agua. Este hundimiento ha dejado las zonas cóncavas, también llamadas lermas, que se pueden ver, teñidas por los óxidos, en las paredes del cañón.

Toda el área es un inmenso karst con muchas cuevas y simas, además de sumideros. El sistema de aguas subterráneas y acuíferos es muy completo.

En su parte más baja encontramos el terreno aluvial y en ciertos lugares también se pueden apreciar estratos de margas, arcillas y conglomerados del cretácico inferior. En la parte media del cañón abundan en su mayoría las calizas nodulosas y micríticas con lacazina del cretácico superior con las capas de derrubios que provocan las erosiones debido al ciclo hielo-deshielo. Finalmente, en la parte más alta las calizas pueden ir acompañadas por capas de arcillas arenas y conglomerados.1​

El acuífero kárstico del cañón está formado por calizas del cretácico que se apoyan sobre una base impermeable de margas. Este acuífero es muy vulnerable a la contaminación ya que su parte no saturada no depura de manera idónea el agua que le llega, es por esta razón que los pueblos que vierten al río Lobos tienen que tener especial cuidado a la hora de depurar sus aguas.1​

Nenúfares en el cañón del río Lobos.
La población vegetal que habita este espacio natural está compuesta por diferentes especies entre las que destaca los emblemáticos sabinares de sabina albar. Junto a este árbol se pueden ver poblaciones abundantes de pino pudio, quejigo y encina. En los espacios cubiertos de matorral se pueden ver enebros, gayubas y aliagas, que se complementan con tomillo, espliego y salvia.

Las riberas están pobladas por los chopos, alisos, álamos y los sauces y en las aguas hay nenúfares, eneas y lentejuelas.

En el roquedal podemos encontrar especies como la Saxifraga cuneata y la Linaria supina o las conocidas como zapatitos de la virgen y el ombligo de Venus.

Su interior se ha erigido en un espacio propicio al desenvolvimiento de diversas especies animales que han encontrado en él un hábitat adecuado. Las de mayor presencia son las aves, y entre ellas las rapaces como el alimoche, el halcón, el águila, el azor y el búho real, y predominantemente el buitre leonado, que puebla las cornisas de los farallones y sus oquedades y que se mantiene en permanente vuelo por la bóveda virtual del cañón. También algunos mamíferos han encontrado acomodo en la hoz del río y en las aguas de éste conviven truchas y nutrias. También hay un gran número de especies de anfibios, reptiles y peces como la rana, la lagartija, la culebra, la víbora hocicuda y el barbo.