Vườn quốc gia là nơi có số lượng lớn các loài động thực vật bao gồm hầu hết các loài động vật có vú bản địa của Ireland, một số loài cá quan trọng như Cá hồi chấm Bắc Cực cùng nhiều loài thực vật quý hiếm và đặc biệt.[3] Một số loài có xu hướng tránh đông, tức là chúng chỉ xuất hiện ở tây nam Ireland, phía bắc Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha. Lý do chính là vì sự ảnh hưởng của dòng hải lưu Gulf Stream đối với khí hậu ở tây nam Ireland.[26] Vườn quốc gia đã được công nhận là khu dự trữ sinh quyển thế giới vì sự hiện diện của nhiều loài quý hiếm như vậy.

Một số lượng đáng kể các loài thực vật được tìm thấy trong vườn quốc gia có sự phân bố địa lý bất thường và xuất hiện cục bộ ở Ireland. Chúng được chia thành bốn nhóm chính là: loài vùng Bắc Cực, loài Đại Tây Dương, loài Bắc Mỹ và loài đặc biệt rất quý hiếm. Các loài Đại Tây Dương là những loài được tìm thấy chủ yếu ở miền nam và tây nam châu Âu, ví dụ như Dương mai, Bắp cải St Patrick và Cỏ bơ lớn. Các loài Bắc Mỹ bao gồm cỏ mắt xanh và đường ống. Trong khi các loài Bắc Mỹ nổi bật có thể kể đến gồm Cỏ mắt xanh, Cỏ đuôi công.[4]

Rêu là loài phát triển mạnh trong vườn quốc gia, một phần là do khu vực có khí hậu ôn đới hải dương. Killarney có tầm quan trọng quốc tế về các loài rêu, nhiều loài trong số chúng không được tìm thấy ở bất cứ nơi nào khác của Ireland.[26] Rêu, dương xỉ như là Dương xỉ màng cứng và Rêu tản phát triển um tùm. Nhiều loài trong số chúng còn mọc trên cả các cành và thân cây khác.[4] Dương xỉ Killarney có lẽ là loài thực vật quý hiếm nhất tại vườn quốc gia. Nó là một loài mọc ở khu vực ẩm ướt gần thác nước. Mặc dù nó từng khá phổ biến nhưng đã gần như bị tuyệt chủng khi người ta thu thập nó để bán cho khách du lịch. Một vài địa điểm có loài cây này phát triển này là những khu vực miền núi bị cô lập, nơi những người muốn hái chúng rất khó có thể tiếp cận được.[26]

Arbutus unedo là loài khá phổ biến tại vườn quốc gia nhưng nó lại là một trong số những loài cây bản địa hiếm nhất Ireland và được tìm thấy tại rất ít nơi ngoài Killarney. Trong vườn quốc gia thì nó được tìm thấy trên các vách đá và các khu rừng xung quanh hồ.[26] Cỏ lâu gai Killarney (Sorbus anglica) là loài cây bụi nhỏ mọc trên những tảng đá gần bờ hồ và nó chỉ được tìm thấy tại vườn quốc gia này. Một loài phổ biến hơn là Cỏ lâu gai Ireland (Sorbus hibernica) cũng được tìm thấy tại đây. Một loài loài quý hiếm khác gồm Đại kích (Euphorbia hyberna), một loài thực vật Đại Tây Dương mà ở Ireland chỉ được tìm thấy ở phía tây nam. Nhựa cây của nó từng được sử dụng để chữa mụn cóc. Ngoài ra, vườn quốc gia còn có rất nhiều các loài nấm quý hiếm khác có thể kể đến như Collaria arcyrionema, Craterium muscorum, Cribraria microcarpa (vườn quốc gia nơi duy nhất được biết đến ở Ireland), C. rufa, C. violacea, Diderma chondrioderma, D. lucidum, D. ochraceum, Fuligo muscorum, và Licea marginata.[26]

Về động vật, hầu hết các loài động vật có vú bản địa Ireland và các loài được đưa vào từ lâu đều được tìm thấy trong vườn quốc gia. Vườn quốc gia này là nơi có đàn Hươu đỏ hoang dã duy nhất tại Ireland với khoảng 700 cá thể.[27] Trong những năm 1970, số lượng của chúng chỉ là khoảng 110 cá thể.[28] Loài này được tìm thấy tại các khu vực núi cao, chủ yếu là tại dãy núi Mangerton và Torc. Đàn hươu này đã tồn tại trên đảo Ireland liên tục trong suốt 4.000 năm qua kể từ khi xuất hiện trở lại. Chúng sau đó được bảo vệ bởi các điền trang Kenmare và Muckross trong quá khứ. Chúng không hoàn toàn bị thuần chủng do những con hươu đực sau đó được đưa vào đàn để cải thiện chất lượng gạc hươu trong thế kỷ 19.[28] Những con hươu cái mang thai ở những khu vực đất thấp thường xuyên lên núi cao hơn để sinh con vào đầu tháng 6. Nhân viên quản lý vườn quốc gia sẽ gắn thẻ vào các con con để dễ dàng quản lý. Mặc dù Hươu đỏ và Hươu sao có khả năng giao phối với nhau nhưng không có trường hợp lai giống nào được ghi nhận trong vườn quốc gia. Ưu tiên cao cho việc duy trì di truyền thuần chủng đàn hươu đỏ bản địa. Chúng được bảo vệ theo luật định và việc săn bắt chúng ở Ireland là không được phép.[27]

Hươu sao được giới thiệu đến vườn quốc gia từ Nhật Bản vào năm 1865. Số lượng của chúng tăng lên đáng kể từ đó.[2] Tại Killarney, chúng được tìm thấy ở cả khu vực núi cao lẫn rừng cây.[4]

Vườn quốc gia tự hào khi là nơi có số lượng phong phú các loài chim với 141 loài đã được ghi nhận[29] bao gồm các loài chim mặt nước, loài trú đông và loài trong rừng.[6] Một số loài cực kỳ quý hiếm tại Ireland như Đuôi đỏ, Chích vườn, Chích rừng, Gà gô đỏ, Két khoang cổ. Các loài đáng chú ý khác được tìm thấy trong vườn quốc gia là Quạ chân đỏ, Ó cá, Cú muỗi. Những con Ó cá đôi khi di chuyển băng qua vườn quốc gia trên đường từ Bắc Phi đến Scandinavia. Những tài liệu lịch sử và tên địa danh cho thấy rằng Ó cá đã được nhân giống tại đây trong quá khứ. Đại bàng vàng từng làm tổ tại Killarney nhưng đã bị tuyệt chủng vào những năm 1900 do bị quấy rầy, phá tổ và bắt bớ.[29]

Ở khu vực đồng cỏ, những loài phổ biến nhất gồm Sơn ca đồng cỏ, Quạ và Sáo đá. Một số loài quý hiếm có số lượng ít gồm Cắt lưng xám, Cắt lớn. Trong những khu rừng, phổ biến nhất phải kể đến Sẻ khướu và Cổ đỏ. Một số loài khác làm tổ gồm Lâm oanh mũ đen Á Âu và Chích vườn trong khi Đuôi đỏ và Chích rừng là những loài hiếm hơn. Tại khu vực mặt nước là sự xuất hiện của Diệc, Le hôi, Le le, Gà nước, Lội suối, Bồng chanh. Tại hồ Lough Leane và nhiều hồ nước khác ở khu vực thấp hơn là nơi hỗ trợ môi trường sống cho nhiều loài trú đông di chuyển xuống phía nam từ những nơi vĩ độ cao. Một số loài đáng chú ý nhất có thể kể đến gồm Hoét cánh đỏ, Hoét đầu xám, Choi choi vàng châu Âu, cùng một số loài Thủy cầm như Mòng két, thiên nga lớn, Ngỗng ngực trắng.[29] Vườn quốc gia là nơi có đàn Ngỗng ngực trắng khoảng 12.000 cá thể di cư đến các đầm lầy trong Thung lũng Killarney vào mùa đông. Tuy nhiên, số lượng cá thể ở lại vườn quốc gia này lại ở mức cực kỳ thấp khi chỉ có dưới 20 cá thể. Đây là đàn chim vô cùng quan trọng vì đây là một trong số ít những đàn chim sống hoàn toàn trong khu vực đầm lầy ở miền nam Ireland và gần như khu vực sống của chúng hoàn toàn được bảo vệ trong ranh giới vườn quốc gia. Một số loài trú đông khác gồm Sâm cầm, Cốc đế, Vịt đầu đỏ, Vịt mắt vàng thường, Vịt búi lông, Mòng biển đầu đen, Le hôi, Thiên nga trắng. Các loài di cư từ châu Phi gồm có Cu cu, Én, Yến.

Một dự án nhằm giới thiệu lại những con Đại bàng đuôi trắng bắt đầu vào năm 2007 với việc đưa vào tự nhiên 15 cá thể. Đây là loài này đã tuyệt chủng ở Ireland vào thế kỷ 19 sau khi bị giết hại bởi những địa chủ đất. Hàng năm trong vòng 5 năm kế tiếp, những cá thể con con sẽ được tiếp tục thả vào tự nhiên.[30]

Về các loài cá, hồ Killarney là nơi có trữ lượng Cá hồi nâu có thể được đánh bắt theo quy định. Đặc biệt, các hồ là nơi có loài Cá hồi chấm Bắc Cực, một loài được tìm thấy ở một số khu vực xa hơn về phía nam của Bắc Cực. Chúng đã bị bỏ lại vào Kỷ băng hà cuối cùng, và đó là dấu hiệu của môi trường sống nguyên sơ. Mặc dù từng được tìm thấy rộng rãi, nhưng hiện chúng bị giới hạn với các quần thể bị cô lập trong các hồ nước ngọt nội địa có môi trường sống phù hợp. Chúng là loài cực kỳ nhạy cảm với môi trường sống, và mối đe dọa lớn nhất đối với chúng là biến đổi khí hậu, loài ngoại lai, quá trình phú dưỡng, sự hóa chua. Hiện loài này ở Ireland đang có dấu hiệu suy giảm.[31] Một loài đáng chú ý khác là Cá mòi dầu được tìm thấy duy nhất tại Ireland ở hồ Killarney. Chúng là loài ăn những sinh vật phù du nên hiếm khi ngư dân bắt được chúng. Chúng được liệt kê trong Sách đỏ của Ireland như là loài bị đe dọa và trong Phụ lục II của Chỉ thị môi trường sống của EU.