Santa Maria, de origem vulcânica, é a ilha mais antiga do Arquipélago, contando com aproximadamente 6 milhões de anos. Vila do Porto é o único concelho dos Açores cujos solos incluem formações de origem sedimentar, onde se encontra grande variedade de fósseis de animais e plantas marinhos.
A costa da ilha é bastante recortada, com diversas baías e pequenas enseadas, algumas delas abrigando praias, sendo as mais conhecidas as de São Lourenço e da Praia Formosa, com areia branca, proveniente da erosão das rochas sedimentares. A paisagem do concelho encontra-se quase totalmente explorada pela ação humana, principalmente pela agricultura e criação de gado.
A nível topográfico, pode-se dizer que se encontra dividida em duas:
– A parte ocidental, mais aplanada e baixa, com menos pluviosidade, sendo a paisagem marcada por menos vegetação. Situam-se aqui as freguesias de Almagreira, São Pedro e Vila do Porto;
– A parte oriental corresponde à zona mais elevada da ilha, montanhosa e irregular, onde se insere o Pico Alto, o ponto mais elevado de Santa Maria (590 metros). Esta é uma zona de vegetação abundante e com maior pluviosidade, sendo o local mais fértil da ilha. Situam-se aqui as freguesias de Santa Bárbara e Santo Espírito.
Nesta zona podem encontrar-se algumas espécies vegetais endémicas, como a urze (Erica azorica), o louro (Laurus azorica), a uva-da-serra (Vaccinium cylindraceum) e o azevinho (Ilex azorica). Também na zona do Pico Alto encontram-se espécies únicas, algumas delas endémicas, como caracóis, aranhas e escaravelhos.
Em Santa Maria é possível encontrar 38 espécies de plantas endémicas dos Açores, e algumas subespécies exclusivas da ilha, como o Trovisco macho de Santa Maria (Euphorbia stygiana sanctamariae) e estrelinhas das barreiras (Aichrison santamariensis) destacando-se na sua fauna a presença de 3 espécies de escaravelhos endémicos, especificamente o Tarphius rufonodulosus, o Tarphius pomboi e o Tarphius serranoi, bem como a estrelinha-de-Santa-Maria (Regulus regulus sanctaemariae), a ave mais pequena da Europa.
