Im Jahre 1987 ist der Nonnenmattweiher mit den umliegenden Wäldern zum anerkannten Naturschutzgebiet erklärt worden. Das etwa 70 Hektar große Gebiet umfasst ein Gletscherkar mit hohen Felswänden, den Karsee sowie seine vorgelagerten Moränenwälle. Der See übt durch seine seltene Fauna und Flora eine besondere Anziehungskraft auf die Besucher aus. Besonders bei Naturfreunden ist dieser anmutige Ort mit seiner landschaftlichen Schönheit ein beliebtes Wanderziel. Nicht ohne Grund bezeichnete Naturschutzwart Hartmut Heise einst den Nonnenmattweiher als „Juwel“.
Den idyllischen Karsee erreicht man zu Fuß vom Haldenhof auf dem mit blauer Raute gekennzeichneten Wanderweg (in etwa 40 Minuten) oder vom Wanderparkplatz aus (in etwa zehn Minuten). Schon auf dem Weg zum Weiher merkt man, wie es langsam kühler wird, und der Alltag in den Hintergrund rückt. Die herrliche Natur nimmt den Besucher völlig ein. Moorlandschaft, Seerosen, Blumen, Fische, Vögel, Schmetterlinge – beim Nonnenmattweiher gibt es viel zu entdecken.
Familien picknicken am Ufer, Wanderer umlaufen den See, einige nutzen den öffentlichen Grill oberhalb der Badebucht – der fast 325 Meter lange, 200 Meter breite und bis zu sieben Meter tiefe Nonnenmattweiher bietet genug Platz, um auf verschiedenste Weise seine Freizeit genießen zu können. Auch für Angler ist der Karsee ein beliebtes Ausflugsziel. Angler, die im Besitz eines gültigen Jahresfischereischeines sind, können bei der nahe am See gelegenen Fischerhütte Angelkarten erhalten.
Die Fischerhütte, ein malerisch gelegenes Blockhaus zwischen See und Wanderparkplatz, lädt zu Schwarzwälder Spezialitäten ein. Geräucherte Forellen gelten als Spezialität der Fischerhütte von Wirt Werner Schwald. Im gemütlichen Gastraum sowie in der idyllisch gelegenen Gartenwirtschaft werden die Gäste verwöhnt. Die Einkehr heben sich viele Leute für den Schluss eines schönen Badetags am Nonnenmattweiher auf.
Etwa die Hälfte des Sees ist durch eine Barriere aus schwimmenden Baumstämmen begrenzt, wobei die eine Hälfte als Badesee genutzt werden kann. Die andere Hälfte wird durch eine natürliche Torffläche bedeckt, die im Schwarzwald ein einmaliges Phänomen darstellt. Durch das künstliche Aufstauen des Sees Anfang des 17. Jahrhunderts löste sich ein Teil des vermoorten Karbodens ab, und die schwimmende Torfinsel entstand. Biologen entdeckten auf der Insel eine Hochmoorvegetation, geschützte Arten schlagen hier ihre Wurzeln. Das Betreten der Insel ist daher untersagt.
Der Name des Sees geht auf die früher gebräuchliche Bezeichnung für zur Mast vorgesehene Kühe, sogenannte Nonnen oder Nunnen, zurück. Sie wurden früher auf den Matten beim See geweidet. Und es gibt noch eine weitere Sage, die gerne in Bezug auf den Namen des Sees erzählt wird: Laut einer von der einst auf dem Feldberg lebenden Heimatdichterin Paula Hollenweger erzählten Sage sollen sich die Nonnen des beim Nonnenmattweiher gelegenen Klosters gerne von Mönchen aus Marzell besuchen lassen haben. Diese hätten dabei sogar ihre Pferde verkehrt herum beschlagen, um etwaige Späher zu täuschen. Doch Gott habe dem wollüstigen Treiben ein Ende gesetzt. Das Kloster sei im Weiher versunken und man könne in mondhellen Nächten noch heute die alte Glocke aus dem Wasser heraufwimmern hören.