Sikkim nằm ở một điểm nóng sinh thái của Hạ Himalaya- một trong ba vùng sinh thái của Ấn Độ. Các khu vực có rừng bao phủ tại Sikkim có nhiều loài động thực vật đa dạng. Biến đổi dần theo cao độ, Sikkim có hệ thực vật đa dạng, từ các loài nhiệt đới đến ôn đới, núi cao và lãnh nguyên, và có lẽ là một trong số ít khu vực có sự đa dạng như vậy trong một diện tích nhỏ. Gần 81% diện tích của Sikkim nằm dưới quyền quản lý của cơ quan lâm nghiệp bang.[42]

Sikkim là nơi sinh sống của khoảng 5.000 loài thực vật có hoa, 515 loài lan quý, 60 loài báo xuân, 36 loài đỗ quyên, 11 giống sồi, 23 giống tre, 16 loài thông, 362 loài dương xỉ và giống quyết, 8 loài dương xỉ mộc, và trên 424 thực vật dược dụng.[43] Một biến thể trạng nguyên, có tên gọi địa phương là "hoa Giáng sinh", có thể tìm thấy nhiều trên các dãy núi của bang. The xuân lan là hoa chính thức của Sikkim, trong khi đỗ quyên là cây chính thức.[44]

Các loài lan, đa, nguyệt quế, chuối, sala và tre mọc trong các rừng lá rộng cận nhiệt đới Himalaya trên các vùng có cao độ thấp của Sikkim. Tại các khu vực có cao độ vừa phải trên 1.500 mét (4.900 ft) là rừng lá rộng Đông Himalaya, tại đây sồi, dẻ, phong, bạch dương, tống quán sủ, mộc lan mọc với số lượng lớn; ngoài ra còn có rừng thông cận nhiệt đới Himalaya, với Pinus roxburghii là loài chiếm ưu thế. Các loài thực vật kiểu núi cao thường được tìm thấy trên cao độ từ 3.500 đến 5.000 mét (11.500 đến 16.400 ft). Ở cao độ thấp hơn có bách xù, thông, lãnh sam, hoàng đàn, và đỗ quyên thuộc kiểu rừng lá kim cận núi cao Đông Himalaya. Cao hơn nữa là vùng cây bụi và bãi cỏ núi cao Đông Himalaya, là nơi sinh sống của nhiều loài đỗ quyên và hoa dại.

Hệ động vật của Sikkim gồm có báo tuyết,[45] hươu xạ, dê tahr Himalaya, gấu trúc đỏ, macmot Himalaya, sơn dương Himalaya, ban linh, mang, Semnopithecus, gấu ngựa, báo gấm,[46] mèo gấm, mèo báo,[47] sói đỏ, sói Tạng, lửng lợn, cầy mực, và mèo ri Himalaya. Ở vùng núi cao, trong các loài được phát hiện phổ biến có bò Tây Tạng, chúng được nuôi chủ yếu để lấy sữa, thịt, và là một gia súc chuyên chở.

Hệ chim của Sikkim gồm có Lophophorus impejanus, Tragopan satyra, gà gô tuyết, gà tuyết Tây Tạng, diều râu và Gyps fulvus, cũng như đại bàng vàng, cút, choi choi, dẽ gà, dẽ, bồ câu, đớp ruồi, họa mi và chim cổ đỏ. Sikkim có trên 550 loài chim, một số trong đó được tuyên bố là loài gặp nguy hiểm.[48]

Sikkim cũng là một nơi đa dạng về động vật Chân khớp, nhiều loài trong số đó vẫn chưa được nghiên cứu; loài chân khớp tại Sikkim được nghiên cứu nhiều nhất là bướm. Trong số khoảng 1.438 loài bướm phát hiện được tại tiểu lục địa Ấn Độ, có 695 loài được ghi nhận tại Sikkim.[49] Chúng gồm có các loài gặp nguy hiểm Teinopalpus imperialis, Meandrusa payeni và Bhutanitis lidderdalii.[50]