La morfologia del lago è di origine glaciale, dovuta a fenomeni di
sovraescavazione e conseguente formazione della conca lacustre e dei
dossi montonati circostanti. Il substrato roccioso, costituito
prevalentemente da prasiniti e da limitati affioramenti di
serpentiniti, affiora diffusamente nella zona e, in particolare, in
corrispondenza dei dossi che circondano il lago. Il Lago di Villa
risulta particolarmente interessante per la sua collocazione in un
ambiente di bassa montagna con condizioni di xericità assai marcate e
per la presenza di specie e habitat unici o rari per la Valle d'Aosta.
La vegetazione circostante è caratterizzata da boschi di pino silvestre
e roverella e da castagno da frutto; il bosco è interrotto da aree a
pascolo in via di abbandono. La vegetazione palustre presenta la tipica
sequenza di popolamenti mano a mano che dalla riva si procede verso le
acque libere: nello specchio d'acqua è ospitata l'unica stazione
valdostana di Nimphaea alba.
Nei prati aridi a nord-ovest del lago
è segnalata la presenza dell' habitat prioritario, "Praterie secche
semi-naturali su substrato calcareo (Festuco Brometalia) con stupenda
fioritura di orchidee".
Il sito rappresenta un'importante stazione di riproduzione per il rospo
comune e la rana del Lessona, anfibi le cui popolazioni sono in
generale contrazione; recentemente sono state rilevate anche
riproduzioni di tuffetto, uccello legato ad ambienti palustri.
La fauna della riserva è costituita in prevalenza da Anfibi e Rettili. Oltre al Rospo comune (Bufo bufo),
per il quale il lago di Villa rappresenta la principale stazione
riproduttiva a livello regionale, si segnalano la Rana verde (Rana esculenta) e la Rana dalmatina (Rana agilis); tra i rettili, la Lucertola muraiola (Podarcis muralis), il Biacco (Coluber viridiflavus) e la Biscia dal collare (Natrix natrix).
La fauna ittica è rappresentata da Ciprinidi.