El Parque Nacional de Cabañeros cuenta con cerca de 1000 especies catalogadas de plantas vasculares, de las que 98 son árboles y arbustos. Encinas (Quercus ilex), alcornoques (Q. suber) quejigos (Q. faginea), arces (Acer monspesulanus), originan un bosque de carácter mixto con dominancia de unas u otras especies según la exposición y la humedad. Jaras (Cistus sp.), brezos (Erica sp.), madroños (Arbutus unedo), romero (Rosmarinus officinalis), majuelos (Crataegus monogina), cantueso (Lavandula stoechas), labiérnago (Phyllirea angustifolia), lentiscos (Pistacia lentiscus), durillos (Viburnum tinus) y zarzamoras (Rubus ulmifolius) conforman el matorral que cubre laderas y montes.
En zonas de umbría es posible encontrar especies de exigencias mas atlánticas como el acebo (Ilex aquifolium). Lagunas y charcas se cubren de ranúnculos (Ranunculus ssp.); mientras en los tramos de aguas tranquilas y profundas del río Bullaque son habituales los nenúfares blancos (Ninphaea alba).
La vegetación de ribera de estas zonas alcanza cierta espesura en forma de bosques-galería que están formados principalmente por sauces (Salix atrocinerea), alisos (Alnus glutinosa) y fresnos (Fraxinus angustifolia). A sus pies, el arraclán (Frángula alnus), el mirto (Mirtus communis), el brezo, la zarza o algunas lianas como la madreselva (Lonicera implexa) y la zarzaparrilla (Smilax aspera) forman un sotobosque que da cobijo a numerosas aves. Entre los endemismos de área más reducida, destacamos: Digitalis mariana, Sideritis paulli, Coincya longirostra y Abedul (Betula pendula parvibracteata) restringidos a los Montes de Toledo.
La fauna del Parque Nacional de Cabañeros es muy rica, y cuenta con algunas especies endémicas y otras muchas amenazadas (21 a nivel nacional y 43 a nivel regional). Aquí viven cerca de 200 especies de aves: destacando por su importancia a nivel mundial las grandes rapaces, como el buitre negro (Aegypius monachus), el águila ibérica (Aquila adalberti), el águila real (A.chrysaetos); aves que habitan en las extensas praderas de las rañas, como el sisón (Tetrax tetrax), la cogujada montesina (Galerida thekae), el alcaraván (Burhinus oedicnemus) etc; aves de los sotos como el martín pescador (Alcedo atthis), la oropéndola (Oriolus oriolus), o el trepador azul (Sitta europea).
Cabañeros es tierra de grandes mamíferos (45 especies, 3 de ellas introducidas). Destaca por su abundante población el ciervo (Cervus elaphus hispanicus), el jabalí (Sus scrofa) y el corzo (Capreolus capreolus).
La herpetofauna tiene también una buena representación (13 anfibios y 19 reptiles) que se reparten por los distintos ecosistemas del Parque. En cuanto a la ictiofauna que selocaliza en Cabañeros, es de gran interés presentando algunas de las mejores poblaciones ibéricas de especies endémicas como el Jarabugo (Anaecypris hisopanica), el calandino (Squalius alburnoides).