Có 5 kiểu thảm thực vật rừng chính tại Vườn quốc gia là: Rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới núi thấp phát triển trên núi độ cao dưới 700 mét; Rừng kín thường xanh mưa ẩm bán nhiệt đới núi trung bình phân bố ở độ cao trên 700 mét; Rừng kín thường xanh mưa ẩm nhiệt đới trên núi đá vôi; Thực vật thứ sinh tác động của con người gồm có rừng thứ sinh phục hồi sau khai thác và phục hồi sau làm nương rẫy; một số kiểu phụ như rừng tre nứa, rừng trồng (thông, keo) và các thảm cây bụi.

Hệ thực vật tại đây có 1.061 loài thực vật bậc cao có mạch của 6 ngành thực vật (chiếm 85,71% về số ngành tại Việt Nam). Đa dạng nhất là mộc lan với 950 loài (chiếm 89,54%), dương xỉ có 88 loài (chiếm 8,29%), thông có 12 loài (chiếm 1,13%), thông đất có 9 loài (chiếm 0,85%), còn lại là khuyết lá thông và cỏ tháp bút. Tại đây cũng đã xác định được 202 họ thực vật (chiếm 53,44% toàn Việt Nam) như lan có 65 loài (chiếm 6,13%); ba mảnh vỏ có 46 loài (chiếm 4,34%); cà phê có 45 loài (chiếm 4,24%); dâu tằm có 39 loài (chiếm 3,68%); họ cúc có 33 loài (chiếm 3,11%); họ long não có 26 loài (chiếm 2,45%); họ đậu và họ cỏ cùng 25 loài (chiếm 2,36%); họ ráy có 22 loài (chiếm 2,07%); họ cam có 17 loài (chiếm 1,6%).

Về động vật, vườn quốc gia là nơi có 318 loài động vật có xương sống trên cạn gồm 72 loài thú, 162 loài chim, 84 loài bò sát và lưỡng cư. Trong số đó có 35 loài quý hiếm, đặc biệt voọc mũi hếch là một trong 25 loài linh trưởng đang bị đe dọa tuyệt chủng cao nhất trên toàn cầu. Đây là loài đặc hữu hẹp, chỉ phân bố ở một số tỉnh thuộc Đông Bắc Việt Nam. Hiện tại, quần thể voọc mũi hếch có khoảng 108-113 cá thể, chiếm gần 50% tổng số cá thể voọc mũi hếch của Việt Nam. Ngoài ra, trong số các loài bò sát và lưỡng cư ghi nhận được có 13 loài quý hiếm như rồng đất, tắc kè, rắn sọc dưa, rùa núi viền, ba ba gai, rắn ráo thường, rắn cạp nong, rắn hổ mang Trung Quốc, rùa đầu to, ếch vạch, ếch gai và ếch cây sần Bắc Bộ.[2]