На південному схилі Головного хребта ростуть соснові, у нижчому поясі (до 400 м) - дубово-соснові ліси із сосни кримської та дубів скельного і пухнастого. Тут часто трапляються і такі листяні породи, як клен Стевена, горобина домашня, берека, сумах дубильний. Наступний пояс до яйли займають буково-соснові ліси із сосен кримської і Сосновського з буковим ярусом.

На висоті 1200 м над рівнем моря лісова рослинність поступається місцем степам і лукам. Навесні тут квітують шафран кримський, сон кримський, пізніше - зірочки Кальє, первоцвіт звичайний. Домінують у степу костриця борозниста та осока низька.

Філія "Лебедині острови" - це мілководна частина Каркінітської затоки Чорного моря з 6 невеликими островами, загальна площа яких становить 52 га.

Степова рослинність займає тут до 40 % площі, водна - близько 32 %, а решта території практично не зайнята рослинністю: це черепашкові коси (20%) і внутрішні водойми (8%). На перший погляд здається, що острови повністю заросли очеретом. Насправді тут найбільш поширена полинова асоціація, а потім уже очеретяна та полиново-очеретяна. На островах є багато понижень, внутрішніх водойм і заток, уздовж берегів яких ростуть здебільшого злаки: покісниця, пирій, колосняк.

У заповіднику ростуть 1165 видів судинних рослин, 183 - мохоподібних, 341 - лишайників, 138 - водоростей, 190 видів справжніх грибів. У флорі налічується 89 видів ендеміків, серед них: аденофора кримська, приворотні найжорстковолосий та Стевена, цибуля збільшена, романи яйлинський, однокошиковий та неплідний, волошки напівзаконна та наслідувальна, кизильник кримський, глоди кримський та рогоплідний, крупка витягнутостовпчикова тощо.

Тут охороняються 29 видів рослин, занесені до Європейського червоного списку, зокрема: еремур кримський, кизильник кримський, соболевскія сибірська, чебрець Дзевановського, лагозерис пурпуровий та червоноголовий, прангос трироздільний та 9 видів, що охороняються згідно з Бернською конвенцією. До Червоної книги України занесені 100 видів рослин і грибів, що ростуть у заповіднику: надбородник безлистий, астранція велика, булатки великоквіткова, довголиста та червона, білоцвіт літній, гронянка півмісяцева, дельфіній Палласа, зозулинці блощичний, блідий, пурпуровий, салеповий, чоловічий, ковила волосиста, каменелюбна, найкрасивіша, любка зеленоцвітна, смілка яйлинська, сон кримський, холодок прибережний, тис ягідний, шафрани вузьколистий та гарний, яловець смердючий, грифола листянолісова, спарасис кучерявий, рижик червоний тощо.

Загалом на території заповідника відмічено 11 рослинних угруповань із занесених до Зеленої книги України.

Кримський природний заповідник відіграє надзвичайно важливу роль у збереженні тваринного світу Криму, особливо рідкісних видів. На його території зустрічаються 30 видів тварин, занесених до Європейського червоного списку, і 52 види, занесені до Червоної книги України. Серед них - скорпіон кримський, сольпуга звичайна, емпуза кримська, дибка степова, слимакоїд кримський, розалія альпійська, поліксена, бражник мертва голова, сколія степова, сколія-гігант, марена кримська, жовтопуз, полози жовточеревий та чотирисмугий, лелека чорний, журавель сірий, дрофа, хохітва, лежень, пугач, корольок червоноголовий, шпак рожевий, підковоноси малий та великий, вечірниці велетенська і мала, нетопирі кожанкоподібний та середземноморський, широковух європейський, борсук та ін.

Фауна безхребетних надзвичайно різноманітна і налічує близько 8000 видів, проте її повна інвентаризація поки що не здійснена. У гірсько-лісовій частині заповідника серед безхребетних абсолютна більшість видів належить до класу комах. Із великих ракоподібних у верхів'ях річок заповідника зустрічається прісноводний краб.

Серед хребетних тут зустрічається 37 видів ссавців, 160 - птахів, 10 - плазунів, 4 - земноводних і 6 аборигенних видів риб.

У річках водяться форель струмкова, марена кримська, пічкур, головень і бистрянка. Особливо цінною є марена кримська - рідкісний, ендемічний вид, що мешкає в річках на висоті 300-500 м над рівнем моря.

Земноводні представлені ропухою зеленою, жабами деревною і озерною і тритоном гребінчастим. Із плазунів тут живуть черепаха болотяна, ящірка кримська і скельна, трапляються жовтопуз, полоз жовточеревий, а біля водойм вужі - звичайний і водяний. У лісах поширена мідянка.

Найчисленнішою групою хребетних тварин на території гірсько-лісової частини заповідника є птахи, близько 70 видів яких знаходять тут для себе умови для гніздування. На окремих ділянках зрідка можна зустріти акліматизованих фазана та кеклика. Гніздяться гриф чорний та сип білоголовий, із дрібних хижих птахів - канюк звичайний та боривітер звичайний, а у високостовбурних листяних лісах - яструби великий та малий. Досить численною у лісах є сова сіра, а в долині р. Альми - совка, зрідка зустрічається сова вухата. З хижих птахів звичні на зимівлі яструб малий, мишоїд-зимняк, а під час прольотів - чеглок, осоїд, скопа, зустрічаються могильник, орлан-білохвіст, змієїд, орел-карлик.

У гірсько-лісовій частині заповідника зустрічається 15 видів кажанів (з 18-ти видів, що мешкають у Криму), з них найчисленнішими є нетопир малий і вечірниця руда, а надзвичайно рідкими - широковух європейський, нічниця Ноттерера, вухань звичайний, вечірниця велетенська, кажан двоколірний та нетопир кожанковидний.

У заповіднику мешкає більша частина популяції кримського підвиду оленя благородного. За минулі десятиліття із заповідника було розселено з метою акліматизації більше 1000 особин цього виду. Поширені козуля та акліматизовані види - муфлон і кабан дикий.

На Лебединих островах мешкають біля 250 видів птахів, це одне з найбільших місць гніздування та зимівлі водно-болотних птахів на півдні України. Зважаючи на велике природоохоронне значення, територію Каркінітської затоки віднесено до Рамсарських угідь і оголошено водно-болотним угіддям міжнародного значення. Найбільшим різноманіттям відзначається орнітофауна островів під час прольоту птахів. Численними тут є крижень, чирки свистунок і тріскунок, свищ, шилохвіст. Кількість птахів цих видів сягає 30-45 тис. На весняному прольоті біля островів зосереджується