Dentro de las denominadas sierras blancas, incluidas en el sector biogeográfico Rondeño, se incluye a las sierras calcáreas y dolomíticas, que poseen una vegetación muy rica y variada. En las áreas basales, más térmicas y secas, dominan los sabinares y pinares de pino carrasco y se encuentran formaciones de ribera dominadas por saucedas y adelfares. En las zonas de media montaña están presentes encinares, pinsapares, sabinares y pinares mixtos con presencia de pinsapos, mientras que en la meseta más elevada es característico
el bosque caducifolio adehesado de quejigos de montaña, salpicado de ejemplares de arces, mostajos y tejos. Por su parte, en las cumbres se localizan los enebrales-sabinares típicos de la alta montaña mediterránea.
Las sierras pardas, que se encuadran en el sector biogeográfico Bermejense, caracterizado por la naturaleza ultrabásica de sus materiales (serpentinas y peridotitas), pobres en nutrientes y ricos en metales pesados y que resultan tóxicos para muchas plantas, se caracterizan por constituir un importante núcleo de biodiversidad al poseer una flora altamente especializada, con un área de distribución muy reducida. Aquí, son dominantes los pinares de pino resinero, que en zonas elevadas y umbría son sustituidos por pinsapares. Bajo
ellos se desarrolla un sotobosque de madroños, coscojas, enebros de la miera, brezos y herbáceas, algunas de las cuales son exclusivas de este tipo de suelos. En los arroyos, son características las saucedas, adelfares y juncales, y también encuentran refugio especies muy singulares, como Galium viridiflorum o Erica terminalis.
Por otra parte, el sector biogeográfico Aljíbico, definido por sus suelos ácidos y elevadas precipitaciones, se encuentra ubicado al sur y suroeste del Parque Nacional. Dentro de este sector predominan los sustratos de naturaleza esquistosa (filitas y gneises paleozoicos), y la formación vegetal que aparece mejor representada es el alcornocal, que se enriquece con pies dispersos de pinsapos en enclaves especialmente húmedos. En los cursos de agua son frecuentes las saucedas y adelfares, dando lugar a paisajes de singular belleza.
En cuanto a su riqueza florística, el Parque Nacional cuenta con al menos 1.413 taxones de plantas vasculares, lo que supone un 13,5 % de la flora vascular española, y 257 especies de briófitos identificadas hasta el momento, lo que hace que el conjunto de Sierra de las Nieves sea uno de los puntos de mayor diversidad florística del país.
También debemos mencionar la presencia de 15 especies incluidas en el Catálogo Andaluz de Especies Amenazadas, entre las que destacan el pinsapo (Abies pinsapo), el tabaco gordo (Atropa baetica), catalogadas "En Peligro", y Galium tunetatum, considerada Extinta, aunque posteriormente ha vuelto a ser localizada en el Parque Nacional, así como otras 12 especies catalogadas como "Vulnerables", entre las que se encuentra el quejigo de alta montaña (Quercus alpestris). En el Listado de Especies Silvestres en Régimen de Protección Especial se incluyen además otras 17 especies, tejo (Taxus baccata), cerezo de Santa Lucía (Prunus mahaleb), mostajo (Sorbus aria), ciruelo silvestre (Prunus insititia), sauce sarga (Salix eleagnos), narciso (Narcisus bugei), etc.
En cuanto a endemicidad, existe un buen número de especies y subespecies que son exclusivas del sector rondeño, la cordillera Bética o la península Ibérica y el norte de África.
La Sierra de las Nieves posee una elevada diversidad faunística, con casi 200 especies de vertebrados registradas, entre las que destacan las aves como grupo mejor representado, con unas 120 especies. Entre ellas se pueden citar el águila real (Aquila chrysaetos), águila perdicera (Aquila fasciata), halcón peregrino (Falco peregrinus), búho real (Bubo bubo), chova piquirroja (Pyrrhocorax pyrrhocorax), roquero solitario (Monticola solitarius), roquero rojo (Monticola saxatilis), colirrojo real (Phoenicurus phoenicurus), avión roquero (Ptyonoprogne rupestris), vencejo real (Apus melba), escribano montesino (Emberiza cia) o collalba negra (Oenanthe leucura), entre otras muchas. El colirrojo real cuenta en los pinsapares maduros de la Sierra de las Nieves con uno de los más importantes núcleos reproductores para la especie en el sur de la Península Ibérica.
Los mamíferos también poseen una importante representación, mereciendo especial mención la cabra montés (Capra pyrenaica hispanica), asociada al carácter montañoso de estas sierras. Asimismo, es destacable la presencia del corzo andaluz (Capreolus capreolus), vinculado a los bosques de quercíneas, y carnívoros como el meloncillo (Herpestes ichneumon), tejón (Meles meles), garduña (Martes foina), gineta (Genetta genetta) y nutria (Lutra lutra). Por su diversidad y grado de amenaza, tienen gran importancia los quirópteros,
con especies cavernícolas como el murciélago grande de herradura (Rinolophus ferrumequinum), murciélago ratonero grande (Myotis myotis), murciélago ratonero mediano (Myotis blythii), y especies forestales como el nóctulo grande (Nyctalus lasiopterus) y el nóctulo pequeño (Nyctalus leisleri). Entre los roedores destaca la presencia del lirón careto (Elyomis quercinus) y el topillo mediterráneo (Microtus duodecimcostatus).
Respecto a los reptiles se encuentra el galápago leproso (Mauremys leprosa) o la lagartija andaluza (Podarcis vaucheri), así como los eslizones tridáctilo (Chalcides striatus) e ibérico (C. bedriagai) y la víbora hocicuda (Vipera latastei).
Entre los anfibios destaca la subespecie de salamandra común, Salamandra salamandra longirostris, sólo presente en las sierras de Cádiz y Málaga, el sapillo pintojo ibérico (Discoglossus galganoi), el sapillo moteado ibérico (Pelodytes ibericus) y el sapo común (Bufo spinosus).
En cuanto a la fauna piscícola, cabe citar la presencia del cacho de Málaga (Squalius malacitanus), endemismo de las provincias de Málaga y Cádiz, y del pez fraile o blenio de río (Salaria fluviatilis), especie amenazada que encuentra en la Sierra de las Nieves sus últimos reductos en Andalucía.
En el grupo de invertebrados, la especie más significativa es el cangrejo de río autóctono (Austropotamobius pallipes), aunque también es destacable la presencia de libélulas amenazadas como Macromia splendens, Oxygastra curtisii y Gomphus graslinii.
Entre los caracoles terrestres es de destacar la presencia de especies rupícolas como Chondrina calpica, Pyramidula rupestris o Iberus gualtieranus.
Respecto al grado de amenaza, existen 14 especies incluidas en el Catálogo Andaluz de Especies Amenazadas, de las que 2 se consideran “En Peligro”, como el cangrejo de río autóctono y la libélula Macromia splendens, y 12 “Vulnerables”, estando presentes entre ellas especies tan representativas como el águila perdicera, colirrojo real y al menos 7 especies de murciélagos.