Średnia roczna temperatura powietrza w wieloleciu 1961–2005 według danych ze stacji meteorologicznej na terenie Muchowca wynosi 8,1 °C, a średnia roczna suma opadów w latach 1951–2005 wynosi 713,8 mm. Pod względem sieci hydrograficznej Katowicki Park Leśny położony jest w dorzeczu Wisły, wzdłuż Potoku Leśnego, który jest prawym dopływem Rawy. Dolina Potoku Leśnego zachowała swoją tradycyjną nazwę – Dolina Trzech Stawów, wywodzącą się od liczby stawów istniejących tutaj od XIX wieku. Współcześnie jest ich 11, a ich łączna powierzchnia wynosi około 35 ha. Zachodnie fragmenty Katowickiego Parku Leśnego są położne w zlewni Kłodnicy, która jest częścią dorzecza Odry.
Przyroda i ochrona środowiska mały|lewo|Jedna z alejek Katowickiego Parku Leśnego w okresie zimowym (2021)
Katowicki Park Leśny to obszar stawowo-parkowo-leśny. Występują tutaj różne, graniczące ze sobą siedliska, co sprawia, że zróżnicowanie fauny i flory jest bardzo duże. Roślinność samego tylko obszaru doliny Potoku Leśnego stanowi mieszankę różnego typu zbiorowisk wodnych, nadwodnych, bagiennych, łąkowych i leśnych o zachowanych w różnym stopniu walorach naturalnych i półnaturalnych. Zbiorowiskom tym towarzyszy roślinność synantropijna i kultywowana.