武陵源森林植物和野生動物資源極爲豐富，被譽爲“自然博物館和天然植物園”。植物學(xué)家認定武陵源處于“亞熱帶常綠闊葉林帶”的“中心位置”，“保留了長(cháng)江流域古代植物群落的原始風貌”。景區内植物生态群落完整，林相秀美，以常綠闊葉林爲主，雜以針葉和落葉闊葉林。根據中南林學(xué)院的科研資料，全區木本植物約 751 種(zhǒng)（包括56 個變種(zhǒng)），分屬 298 屬，102 科。

    其中裸子植物按鄭萬鈞統計，計 18 種(zhǒng)（含 3 個變種(zhǒng)），16 屬，6 科 ；被子植物按哈欽松統計，計 734 種(zhǒng)（含 53 變種(zhǒng)），282 屬，96 科。武陵源植物區系屬中國(guó)—日本植物特異性的特征，有珙桐、銀杏、紫莖、白豆杉、篦子三尖杉、水青樹、金錢槭、香果樹、鍾萼木等稀有珍貴樹種(zhǒng)。古樹是自然遺産中的“活文物”，武陵源的古樹具有古、大、珍、奇、多的特點。

    神堂灣、黑枞垴保存有完好(hǎo)的原始森林。樹齡最長(cháng)者逾 460 年，樹身最高 43.5 米，胸圍最大 5.95 米。張家界村一株銀杏古樹高44 米，胸徑 1.59 米，被稱爲自然遺産中的活化石。生長(cháng)于腰子寨的珙桐，是國(guó)家一級保護樹木。這(zhè)些植物有着極高的科研價值，其生存環境、林相結構及其保護保存等都(dōu)是重大的研究課題。

    武陵源在動物地理分布上屬于東洋界華中區，位于西部山地高原區與東部丘陵平原亞區的交界線邊緣。這(zhè)裡(lǐ)地形複雜，氣候溫和，雨量豐富，森林茂密，給動物生存繁衍創造了良好(hǎo)環境。經(jīng)初步調查，其中屬國(guó)家Ⅰ級保護動物有雲豹、金錢豹 2 種(zhǒng)，Ⅱ級保護動物有 54 種(zhǒng)，包括大靈貓、猕猴、穿山甲、大鲵、紅腹角雉、鴛鴦等。其中猕猴較多，據初步觀察統計爲300隻以上。當地人叫(jiào)“娃娃魚”的大鲵，則遍見于溪流、泉、潭中。