Mark- och miljööverdomstolen är överinstans i
- miljörättsliga mål, exempelvis mål om tillstånd till miljöfarlig verksamhet och vattenverksamhet samt mål om strandskyddsdispens och olika tillsynsbeslut,
- plan- och byggrättsliga mål, exempelvis mål om detaljplaner, bygglov och byggsanktionsavgifter, och
- fastighetsrättsliga mål, exempelvis mål om avstyckning, servitut och expropriation.
Många miljömål och mål enligt plan- och bygglagen inleds hos en kommunal nämnd och överklagas därefter till länsstyrelsen och vidare till en mark- och miljödomstol, innan de kommer till Mark- och miljööverdomstolen. Fastighetsrättsliga mål inleds typiskt sett hos en lantmäterimyndighet och överklagas sedan till en mark- och miljödomstol och vidare till Mark- och miljööverdomstolen. Mål kan också inledas vid statliga myndigheter såsom Naturvårdsverket, Skogsstyrelsen och Energimarknadsinspektionen. Även dessa myndigheters beslut överklagas till mark- och miljödomstol och vidare till Mark- och miljööverdomstolen.
I mål som har överklagats till en mark- och miljödomstol är Mark- och miljööverdomstolen sista instans. Som sista instans har Mark- och miljööverdomstolen ett betydande ansvar för prejudikatbildningen inom domstolens rättsområden, både genom egna avgöranden och genom att domstolen i mål enligt plan- och bygglagen och fastighetsbildningslagen kan tillåta att ett avgörande överklagas till Högsta domstolen genom en så kallad ventil.
Vissa mål inleds genom en ansökan till mark- och miljödomstolen, till exempel en ansökan om tillstånd till miljöfarlig verksamhet eller vattenverksamhet, en ansökan om stämning eller en ansökan om utdömande av vite. I denna typ av mål kan Mark- och miljööverdomstolens avgörande överklagas till Högsta domstolen.
Som huvudregel krävs det att Mark- och miljööverdomstolen ger prövningstillstånd för att domstolen ska ta upp målet till prövning. Detta med undantag av arrendemål och mål om särskilda rättsmedel (resning, domvilla och återställande av försutten tid).