武陵源森林植物和野生動(dòng)物資源極為豐富，被譽(yù)為“自然博物館和天然植物園”。植物學(xué)家認(rèn)定武陵源處于“亞熱帶常綠闊葉林帶”的“中心位置”，“保留了長(zhǎng)江流域古代植物群落的原始風(fēng)貌”。景區(qū)內(nèi)植物生態(tài)群落完整，林相秀美，以常綠闊葉林為主，雜以針葉和落葉闊葉林。根據(jù)中南林學(xué)院的科研資料，全區(qū)木本植物約 751 種（包括56 個(gè)變種），分屬 298 屬，102 科。

    其中裸子植物按鄭萬(wàn)鈞統(tǒng)計(jì)，計(jì) 18 種（含 3 個(gè)變種），16 屬，6 科 ；被子植物按哈欽松統(tǒng)計(jì)，計(jì) 734 種（含 53 變種），282 屬，96 科。武陵源植物區(qū)系屬中國(guó)—日本植物特異性的特征，有珙桐、銀杏、紫莖、白豆杉、篦子三尖杉、水青樹(shù)、金錢(qián)槭、香果樹(shù)、鐘萼木等稀有珍貴樹(shù)種。古樹(shù)是自然遺產(chǎn)中的“活文物”，武陵源的古樹(shù)具有古、大、珍、奇、多的特點(diǎn)。

    神堂灣、黑樅垴保存有完好的原始森林。樹(shù)齡最長(zhǎng)者逾 460 年，樹(shù)身最高 43.5 米，胸圍最大 5.95 米。張家界村一株銀杏古樹(shù)高44 米，胸徑 1.59 米，被稱為自然遺產(chǎn)中的活化石。生長(zhǎng)于腰子寨的珙桐，是國(guó)家一級(jí)保護(hù)樹(shù)木。這些植物有著極高的科研價(jià)值，其生存環(huán)境、林相結(jié)構(gòu)及其保護(hù)保存等都是重大的研究課題。

    武陵源在動(dòng)物地理分布上屬于東洋界華中區(qū)，位于西部山地高原區(qū)與東部丘陵平原亞區(qū)的交界線邊緣。這里地形復(fù)雜，氣候溫和，雨量豐富，森林茂密，給動(dòng)物生存繁衍創(chuàng)造了良好環(huán)境。經(jīng)初步調(diào)查，其中屬國(guó)家Ⅰ級(jí)保護(hù)動(dòng)物有云豹、金錢(qián)豹 2 種，Ⅱ級(jí)保護(hù)動(dòng)物有 54 種，包括大靈貓、獼猴、穿山甲、大鯢、紅腹角雉、鴛鴦等。其中獼猴較多，據(jù)初步觀察統(tǒng)計(jì)為300只以上。當(dāng)?shù)厝私小巴尥摁~(yú)”的大鯢，則遍見(jiàn)于溪流、泉、潭中。