Il consomme des plantes mais peut aussi consommer des bourgeons, feuilles et jeunes branches d'arbres (ces dégât sont dits « abroutissements », pour les distinguer des frottis qui sont un marquage du territoire.
C'est un animal réellement forestier, dont le système digestif digère peu ou mal les foins et graminées sèches qui sont les plantes les plus fréquentes en milieu non forestier (sauf au printemps et sauf dans certains milieux cultivés). Néanmoins, depuis quelques décennies, les chevreuils ont modifié leurs comportements et se font nombreux et fréquents dans les champs où ils profitent notamment des cultures d'hiver.
La diminution de la présence humaine en milieu rural, liée à l'exode rural et à la mécanisation agricole, pourrait avoir favorisé ce phénomène, de même que le recul des prairies et du bocage.
Au printemps et en été, le chevreuil consomme en forêt les feuilles de nombreux arbres feuillus (chêne, charme, érable, cornouiller...), beaucoup de graminées, et quelques dicotylédones. En hiver, il consomme les ronces, la bruyère callune, le lierre sur les troncs et quelques autres végétaux ou champignons. Il mange aussi des glands, des faînes, et parfois n'hésite pas à consommer certaines cultures d'hiver (luzerne notamment). Friands de sel, les chevreuils lèchent les blocs de sel dès leur mise en place par les chasseurs qui peuvent ainsi fixer une population.
En tant qu'herbivore, le chevreuil contrôle la densité de la végétation au sein de son écosystème, soit par broutage, soit par les frottis et les blessures qu'il occasionne aux jeunes arbres pour marquer son territoire. Il contribue à l'entretien de zones de clairières ou de milieux semi-ouverts et parfois de corridors intra- ou inter-forestiers. Comme pour d'autres animaux, son piétinement peut endommager les sols fragiles (pentes, sables, etc.) mais aussi contribuer à enfouir des graines, ou au contraire mettre au jour des graines anciennement enfouies, leur permettant de germer. C'est néanmoins un animal léger qui n'est pas réputé endommager les sols.
Dans un système naturel, il est lui-même contrôlé par ses prédateurs (loup, lynx) et par les maladies et le parasitisme qui se développent plus rapidement quand ses populations se densifient.
Comme de nombreux animaux, il joue un rôle de diffusion pour certaines espèces (dont les parasites) en transportant des graines et diverses propagules (spores de champignons, œufs, larves ou petits animaux) dans son pelage, sous ses sabots et dans son tube digestif.
Enfin, dans les forêts où les grands prédateurs carnivores ont survécu, il constitue une proie importante pour ces derniers. Quand il meurt de mort naturelle (maladie, parasitisme), ou des suites de blessure de chasse ou d'autres causes (roadkill, empoisonnement, etc.), son cadavre reste une source d'alimentation pour les invertébrés et animaux nécrophages.
Ses ossements et surtout ses bois peuvent être rongés par d'autres animaux (écureuil en particulier) qui semblent y récupérer des sels minéraux (notamment dans les régions naturellement acides et pauvres en calcium), et peut-être aussi aiguiser leurs dents. Dans les forêts polluées par des métaux lourds (plomb en particulier) issus de séquelles de guerre ou industrielles, ou par les retombées du passage du nuage de Tchernobyl, le cadavre et le squelette du chevreuil peuvent être une source de polluants qui retournent directement dans la chaîne alimentaire.
Les prédateurs du chevreuil sont les loups, les chiens errants, le lynx, le glouton, le renard roux pour les faons, l'homme. Les groupes denses de chevreuil sont aussi régulés par diverses maladies, favorisées par la promiscuité, et éventuellement par des pullulations de tiques.