公园森林保护良好，公园森林覆盖率达94%，森林面积达7016.5公顷。厚畛子、铁甲树一带有原始森林800多公顷，大蟒河、父子岭、黑河主河道之间有原始森林约1600公顷，均以油松、栎类、椴树、白桦等为主。林分平均高度15米，郁闭度达0.8以上，林龄约为200年左右，枝柯横斜。林深似海，人迹罕至，风起水响，使人能够深切感受到大自然的神奇与奥妙。由厚畛子至狐狸沟，黑河两岸有约4000多公顷次生林，以栎类、松柏、杨木等为主，平均树龄80年左右，平均数高12米，平均郁闭度0.7以上。春天山花烂漫，盛夏绿茵如染，深秋满山红叶，层林尽染，隆冬高山洁白、峡谷绿意盎然。

根据专业调查，公园内有野生植物约1700种，其中仅种子植物即有110科445属971种，其中属国家二级以上重点保护的野生植物有12种。著名景观有松林听涛、花溪春潮、迎客松等，古树名木3株，玉兰树、铁甲树、梨仙树，树龄均在800年以上。

在动物地理区划上，公园位于古北界华北区西北黄土高原亚区，东洋界和古北界的物种在本区相互渗透。公园范围有野生动物248种，隶属23目65科165属。其中兽类50种、鸟类188种、两栖动物5种、鱼类5种。其中属国家一级重点保护的野生动物有大熊猫、川金丝猴、羚牛、豹、林麝、金雕6种； 二级重点保护野生动物有23种。青羊、羚牛、熊、金丝猴是较为常见的兽类。