Νησιά κυρίως ορεινά, η Κίμωλος και η Πολύαιγος βρίσκονται στις ΝΔ Κυκλάδες, σε απόσταση μικρότερη του ενός μιλίου μεταξύ τους. Εξαιτίας της ηφαιστειακής τους προέλευσης, διαθέτουν αφάνταστη ποικιλία πετρωμάτων, που δημιουργούν εντυπωσιακούς σχηματισμούς, τόσο κατά μήκος των ακτών, όσο και στο εσωτερικό των νησιών.
Το υπέδαφος της Κιμώλου αποτελείται σχεδόν αποκλειστικά από ηφαιστειακά πετρώματα, όπως ο μπεντονίτης, ο καολίνης και ο περλίτης, τα οποία έχουν εμπορικό ενδιαφέρον και στηρίζουν την οικονομία του νησιού από την αρχαιότητα.
Η παρουσία του ανθρώπου διαμόρφωσε τη σημερινή βλάστηση, που αποτελείται κυρίως από φρύγανα και αραιούς θαμνώνες, που εναλλάσσονται με παραδοσιακές καλλιέργειες. Συνολικά, έχουν καταγραφεί 185 φυτικά είδη στο νησί, από τα οποία 32 θεωρούνται ενδημικά, σπάνια ή ακόμη και απειλούμενα.
Η περιοχή διαθέτει μια μοναδική πανίδα με ενδημικά και σπάνια είδη. Δύο είδη ερπετών, η οχιά Macrovipera sveitzerii και η σαύρα Podarcismilensis ζουν εδώ. Οι βραχώδεις ακτές αποτελούν τόπο αναπαραγωγής για τον σπάνιο Θαλασσοκόρακα (Phalacrocorax aristotelis) και τον απειλούμενο Μαυροπετρίτη (Falco eleonorae), ενώ στο εσωτερικό φωλιάζουν ο Σπιζαετός (Hieraaetus fasciatus), ο Πετρίτης (Falco peregrinus) και η Αετογερακίνα (Buteo rufinus). Στις εκβολές των ρεμάτων σχηματίζονται εποχιακοί υγρότοποι, που αποτελούν σταθμούς για τα μεταναστευτικά είδη.
Στη θάλασσα, ξεχωριστή σημασία έχει η παρουσία υποθαλάσσιων λιβαδιών Ποσειδωνίας, Posidonia oceanica, που την εμπλουτίζουν με οξυγόνο και αποτελούν ιδανικό βιότοπο για μεγάλο αριθμό ψαριών και ασπόνδυλων.
Στις πολυάριθμες θαλασσινές σπηλιές που σχηματίζονται κατά μήκος των ακτών, οι φώκιες βρίσκουν καταφύγιο για να ξεκουραστούν και να γεννήσουν.
Ο συνολικός πληθυσμός του είδους που χρησιμοποιεί την περιοχή εκτιμάται ότι είναι της τάξης των 43 ατόμων, διαφόρων ηλικιών εκτός των νεογέννητων.
Τα δεδομένα αυτά, είναι εφάμιλλα με τα αντίστοιχα του πληθυσμού φωκών, από την περιοχή του Εθνικού Θαλάσσιου Πάρκου Αλοννήσου-Β. Σποράδων.
Η ΒΔ Κίμωλος και η Πολύαιγος, καθώς και θαλάσσια περιοχή που περικλείει τα δύο νησιά, έχουν ενταχθεί στο Δίκτυο NATURA 2000, των οικολογικά σημαντικότερων περιοχών της Ευρώπης.
