La grande varietà di condizioni ecologiche, consente lo sviluppo di tipi di vegetazione assai diversificati.
Nei versanti delle Gole esposte a sud, caldi e soleggiati, domina la macchia mediterranea con prevalenza di Leccio, una quercia sempreverde tipica dei suoli calcarei, robbia selvatica, terebinto, fillirea, corbezzolo, asparago e stracciabraghe.
Nelle aree meno impervie con suoli marnoso arenacei, sono presenti boschi misti di Cerro e Roverella accompagnate da arbusti come la Rosa Canina e lo Scotano.
Nei versanti più umidi e freschi, ovvero esposti a nord, prevale il bosco a Carpino Nero, Orniello e Acero, con presenza ancora di leccio e alloro. Gli arbusti consociati sono il Corniolo e la Sanguinella.
Vaste aree delle dorsali appenniniche sono state interessate da interventi di rimboschimento effettuati a partire dalla fine del secolo scorso.
Gli impianti sono stati eseguiti per lo più con resinose tra le quali: il pino nero d’Austria, il pino da pinoli (P. pinea), il pino marittimo, il pino da Leppo, l’abete bianco, l’abete greco, i cedri ed i cipressi.
Sulle pareti rocciose sono presenti specie di flora molto rare come la Moehringia papulosa, pianta estremamente importante in quanto in tutto il mondo la ritroviamo solo all’interno delle Gole di Frasassi, della Rossa e del Furlo, l’Efedra nebrodense, la Potentilla caulescens, il Rhamnus saxatilis, la Saxifraga australis e la Ephedra major, relitto di Era Terziaria .
Per quanto riguarda la fauna, nel Parco sono presenti diverse specie di notevole interesse naturalistico (si contano ben 105 specie nidificanti delle 124 presenti in Provincia di Ancona). In particolare la Gola di Frasassi rappresenta l’habitat ideale per rapaci diurni quali l’Astore, il Biancone, il Nibbio Reale, il Falco pellegrino, il Lanario e il Gheppio. La Civetta, il Barbagianni e il Gufo comune sono invece i rapaci tipici notturni.
Di estrema importanza la presenza dell’unica coppia nidificante della provincia di Ancona di Aquila Reale, rapace ai vertici della catena alimentare.
Tra i mammiferi spicca la presenza del lupo, che ha ricolonizzato la dorsale marchigiana nell’ultimo decennio grazie alla protezione legale della specie e all’espansione demografica di specie preda come il cinghiale, il daino ed il capriolo e recenti avvistamenti di cervo . Accertata è la presenza del gatto selvatico e della puzzola, oltre ai più comuni volpe, donnola, faina e tasso. Tra i roditori, oltre ai più comuni scoiattolo ed istrice, il Parco annovera specie più rare ed elusive come il topo quercino. Tra i mammiferi insettivori vi sono il Riccio, animale simbolo del Parco, la Talpa cieca e il Toporagno.
Infine, una nota particolare va fatta sicuramente per la fauna di grotta, ambiente caratterizzante del Parco; in questi ambienti, infatti, troviamo oltre al Geotritone e almeno 14 diverse specie di pipitrelli (chirotteri), come la Nottola.
Le colonie di Pipistrelli del Parco, infatti, sono tra le più importanti d’Europa, con oltre 12.000 Miniotteri, presenti sia in siti di svernamento che in nursery riproduttive. Tra la fauna cavernicola è notevole la presenza del Niphargus, un raro e minuscolo crostaceo che popola i laghetti delle grotte.