Sus paisajes y comunidades vegetales están adaptados a este clima mediterráneo continental. Predomina el “monte mediterráneo” con especies vegetales adaptadas para limitar la pérdida de agua de las plantas, para sobrevivir a las largas temporadas de sequía y a las altas temperaturas, con especies de hoja perenne, dura, o cuticulada. Donde el agua está presente encontramos bosques de ribera y turberas. Hay unos 40 km de ríos permanentes y unos 1000 arroyos temporales, tributarios del río Tajo o del río Guadiana.
El paisaje de Cabañeros lo dominan cuatro especies del género Quercus, árboles de crecimiento lento y amplia copa, como la encina, el más adaptado a la escasez de agua; el quejigo y el alcornoque, que prefieren zonas algo más húmedas, y el roble melojo o rebollo, cuya demanda de agua es mayor por lo que crece en las proximidades de los cauces o en las zonas altas del parque.
La adaptación al clima sitúa a los encinares al pie de las sierras; las zonas algo más frías y húmedas se colonizan de quejigos. En cotas más elevadas y húmedas se localizan rebollos; los ambientes cálidos pero más húmedos son los preferidos por el alcornocal.
En estos bosques encontramos otros árboles de menor porte y abundancia, como el madroño o el durillo, y un variado grupo de arbustos, entre los que destacan el romero, los brezos o las jaras, que ponen el color y el olor en las amplias laderas de los montes, sirviendo de alimento a multitud de animales. En contados rincones, con unas características ambientales muy particulares, aparecen árboles de épocas tropicales como el loro, o de pasados periodos fríos como los abedules, tejos o acebos. En los fondos de valles se pueden formar turberas, testigos de tiempos pasados, que presentan una flora particular compuesta entre otros por mirto de brabante, o plantas carnívoras como la atrapamoscas o la pingüicula.
Junto a las más de mil plantas vasculares que podemos encontrar en Cabañeros, conviven cerca de 550 especies de líquenes, una quinta parte de las presentes en la Península Ibérica. Esta gran riqueza se debe principalmente al excelente estado de conservación de los 17 hábitats de interés comunitario presentes en el parque y a la ausencia de contaminación ambiental.
Su entorno vegetal encierra gran diversidad pero el parque nacional también es rico en endemismos faunísticos mediterráneos, y es refugio de grandes rapaces, cigüeñas negras y algunas especies amenazadas.
La mayor parte de la fauna vive entre la raña y las sierras, los dos ecosistemas más destacados del parque, beneficiándose de la facilidad para encontrar alimento en los herbazales de la raña y desplazándose en busca de cobijo entre los espesos bosques. En esta llanura poco arbolada, es posible observar la gran fauna del ecosistema mediterráneo, como el ciervo, con los grandes grupos de hembras y crías en primavera y los beligerantes encuentros entre los machos durante la berrea en otoño. Comparten espacio grupos de jabalí que retornan a la espesura con las primeras luces del alba. También pueden verse las orejas al zorro asomando entre las altas hierbas. Este ambiente es muy propicio también para las aves esteparias, como los alaudidos, entre los que destacan la calandria, la cogujada montesina y la terrera. Oiremos los reclamos del sisón y la perdiz roja. Sobrevuelan en busca de comida las águilas reales, imperiales, calzadas y culebreras, así como milanos negros y reales. Cerca del crepúsculo es posible ver al elanio azul, que toma el relevo en busca de ratones al cernícalo común y primilla.
Las sierras dan cobijo a uno de los emblemas de Cabañeros, el buitre negro, que ubica sus voluminosos nidos en los grandes alcornoques situados por encima de las pedrizas. El parque acoge una de sus mayores colonias de cría del mundo pero la ausencia de cortados rocosos, condiciona la escasa presencia de buitre leonado. Es el hábitat también de medianos carnívoros como el gato montés, la gineta, la garduña, el meloncillo o el tejón que compiten con el lince ibérico por su principal presa, el conejo. En las zonas más altas, próximas al Macizo del Rocigalgo, es posible ver cabra montés y entre los bosques frescos de roble y fresnos a los esquivos corzos.
En los ríos y arroyos de la sierra encontramos peces endémicos como el jarabugo, el calandino o la colmilleja, que comparten espacio con anfibios como el tritón ibérico o la salamandra común. Hay numerosas especies de invertebrados, siendo llamativas en primavera y verano las abundantes y variadas especies de mariposas.