Река Воронеж имеет следующее значение для экосистемы Черноземья:

• Способствует самоочищению. 1 В этом процессе участвуют пойменные луга, многочисленные пойменные озёра, русловые затоны и болота. 1 Хорошая сохранность водных фитоценозов обеспечивает стабильную чистоту и прозрачность воды. 1
• Является местом обитания различных видов животных и птиц. 2 На берегах реки есть крупные поселения водно-болотных птиц — уток, чаек, куликов, белого аиста, серого журавля. 2 Всего в долине Воронежа замечено 212 видов птиц. 2
• Способствует сохранению биологического разнообразия. 1 В низовьях реки, в окрестностях Воронежа, сохранилась уникальная в Черноземье Воронежская нагорная дубрава — особо охраняемая природная территория длиной около 22 км, площадью более 7 тыс. га. 34

Однако река Воронеж — один из наиболее загрязнённых притоков Дона. 34