Vườn có tính đa dạng sinh học cao. Thực vật ở đây gồm 2147 loài, trong đó có một số loài hiếm và có giá trị như hoàng đàn giả, trầm hương. Động vật đã ghi nhận được 1.493 loài, đặc biệt có một số loài thú mới được phát hiện ở Việt Nam như sao la.

Về côn trùng, vườn quốc gia Bạch Mã đã xác định được 894 loài của 580 chi và nằm trong 125 họ và 17 bộ, gồm bộ Cánh vảy với 310 loài, 190 chi, 22 họ; bộ Cánh cứng với 200 loài, 145 giống, 17 họ. Bộ Cánh nửa có 60 loài, 47 chi và 12 họ. Chiếm số lượng thấp nhất là bộ Cánh da với 3 loài, 3 chi và 3 họ.[1]