Là một Vườn Quốc Gia giàu tính đa dạng sinh học, Cúc Phương có 19 quần xã thực vật, trên 2000 loài thực vật bậc cao được phân bố trong 229 họ, 918 chi. Đã phát hiện được 118 loài quí hiếm, 433 loài cây thuốc, 229 loài cây ăn được, 240 loài có thể dùng làm thuốc nhuộm, 137 loài cho tanin … Trong đó có nhiều loài mới cho khoa học.

      Khu hệ động vật Cúc Phương cũng vô cùng phong phú và đa dạng. Chỉ tính riêng các loài động vật có xương sống, Cúc Phương đã có tới 571 loài bao gồm: 65 loài cá, 67 loài bò sát, 43 loài ếch nhái, 307 loài chim và 89 loài thú.Trong số đó có 64 loài được ghi trong sách đỏ Việt Nam. Ngoài ra còn ghi nhận được 12 loài Giáp xác, 1800 dạng côn trùng và nhiều loài nhuyễn thể. Một số loài là đặc hữu của Cúc Phương. Có loài lần đầu tiên được phát hiện tại đây.