Brunnsviken ingår i Kungliga nationalstadsparken med stora naturvärden.
Brunnsvikens avrinningsområdet består till hälften av grönområden, bland annat Hagaparken. Övriga ytor är hårdgjorda med bebyggelse och några av landets mest trafikerade vägar.
Stora delar av Brunnsviken ligger inom Nationalstadsparken och vikens stränder är relativt oexploaterade och innehåller grunda vattenområden som är viktiga för fiskyngel och bottenfauna, inte bara för Brunnsviken utan även för utanförliggande vatten. Brunnsviken står i förbindelse med Råstasjön i Solna genom Råstaån. Ån är till stora delar kulverterad, vilket gör det svårt för fiskar att vandra till Råstasjön.