Lớp rừng nguyên thuỷ trên đảo thuộc vùng sinh thái rừng mưa ôn đới Valdivia, với nền rừng rậm rạp, đa dạng chủng loại cây cối, gồm nhiều loài rêu và dương xỉ. Mạn nam và tây đảo chủ yếu vẫn phủ rừng nguyên sinh. Những loài cây nổi bật là Luma apiculata, Nothofagus dombeyi, Chusquea quila, Gunnera tinctoria, và Gevuina avellana. Fitzroya cupressoides và Tepualia stipularis mọc trên thứ đất nghèo nước của dãy Piuchén và Pirulil. Trước khi băng hà Llanquihue kết thúc, mạn nam đảo Chiloé có cảnh quan mở. Khoảng 12.500 năm trước, khi khí hậu trở ấm, rừng rậm dần lan rộng ra.[2] Đoạn bắc dãy Piuchén có lớp thực vật kiểu vùng cây thấp Magellan.[3][4]

Hệ động vật bản địa gồm nhiều loài chim, một số đặc hữu quần đảo. Trong số động vật trên cạn, lớn nhất là cáo Darwin (đặt theo tên Charles Darwin, người đầu tiên thu thập mẫu vật, trên Isla San Pedro, Chiloé) và pudú. Thú biển gồm Cá heo Commerson và sư tử biển Nam Mỹ xúm xít thành đàn trên vỉa đá gần biển. Nhiều loài cá voi đã được ghi nhận quanh quần đảo, nổi bật là cá voi xanh và cá voi trơn phương nam.[5]