Территория парка занимает южный ботанико-географический район Ярославского Поволжья. Здесь проходит граница подзон южной тайги и смешанных лесов. Морфологические и гидро-климатические условия в сочетании со сложной структурой почвенного покрова создают условия для формирования богатого состава растительного и животного мира. Флора национального парка насчитывает около 790 видов сосудистых растений, относящихся к 98 семействам, что составляет 75% от современной аборигенной флоры Ярославской области. Много лекарственных, медоносных, кормовых, декоративных и съедобных растений.
Флора национального парка «Плещеево озеро» изучена достаточно хорошо, но, несмотря на это, ботаники до сих пор находят новые, неизвестные для этой территории, виды растений. В целом, флору парка можно причислить к самым интересным ботаническим комплексам не только Ярославской области, но и Европы.
На территории национального парка (по данным отчета за 1999 г.) произрастает:
Уникальность некоторых редких видов состоит в том, что они находятся близ естественных границ своих ареалов.
Особая группа дикорастущих редких и исчезающих видов растений национального парка включена в региональный список редких и исчезающих видов для центра европейской части России. Таких видов 19: береза карликовая, осока шариконосная, венерин башмачок крапчатый, водяника черная, ирис сибирский, клюква мелкоплодная, поленика, камнеломка болотная и др.
В связи с особым географическим положением парка на стыке южной тайги и смешанных лесов выявлена группа редких растений, тяготеющая к экологическому ареалу широколиственных лесов: овсяница высокая, костер Бенекена, ветреница лесная, бутень Прескотта, мытник Кауфмана, осока волосистая, осока лесная, купена многоцветковая.
Особый интерес представляет группа редких и очень редких видов, произрастающих на болотах. Среди них – береза карликовая, куманика, тайник яйцевидный, осока плевельная, осока заливная и др. Многие из этих видов являются исключительно древними третичными реликтами.
Значительный интерес на территории парка представляет группа редких растений – галофитов: триостренник приморский, лисохвост тростниковый, клубнекамыш морской, остерикум болотный, камыш Табернемонтана.
Многообразие растительных формаций национального парка обусловило обитание разнообразных животных. Здесь встречается около 300 видов позвоночных, из которых млекопитающих – около 60 видов, птиц – 210 видов, пресмыкающихся и земноводных – более 10 видов, 109 видов насекомых, из них 5 занесено в Красную книгу Российской Федерации, рыб – 19 видов. Наряду с типично таежными животными здесь обитают животные степной фауны. Отмечено более 20 видов животных, охраняемых в Ярославской области. Животные, занесенные в Красную книгу России: орлан-белохвост, сокол-сапсан, скопа, черный аист, среднерусская белая куропатка, выхухоль, мнемозина.
Обитатели озера Плещеево
Плещеево озеро характеризуется крайне слабым разнообразием ихтиофауны: здесь всего 16 видов рыб, отнесенных к 6 семействам. Семейство карповых представлено лещем, линем, язем, уклеей, плотвой, густерой, верховкой, пескарем, серебряным и золотым карасем.
К семейству сиговых относится ряпушка; к семейству тресковых – налим; к семейству окуневых – окунь, ерш; к семейству щуковых – щука; к семейству вьюновых – обыкновенная щиповка. Для сравнения отметим, что в Онежском озере обитает 34 вида, в озере Белом – 29 видов, в других водоемах бассейна Верхней Волги, с которым озеро Плещеево имеет водную связь, обитает около 37 видов рыб (Буторин и др., 1987). А. А. Кулемин (1990) указывает, что в водоемах Ярославской области встречается свыше 40 видов рыб, в том числе синец, чехонь, снеток, судак, жерех, снедь и др. Скорее всего, в историческом прошлом в озере Плещеево произошли серьезные изменения, которые привели к исчезновению целого ряда представителей прежней ихтиофауны.
Озеро прежде имело изначально большие площади и глубины, вероятно, и более разнообразную ихтиофауну. В дальнейшем озеро потеряло прямую связь с другими водоемами.
В целом, ихтиофауна озера Плещеево сформировалась из представителей бассейна р. Волги. В специфических условиях среды обитания здесь смогли выжить и давать потомство 16 видов рыб из 6 семейств, а также речной рак. Состав ихтиофауны остается неизменным в течение многих столетий, хотя численность отдельных видов испытывает значительные колебания в соответствии с происходящими в озере естественными процессами «старения» водоема, различного рода антропогенными воздействиями, особенностями гидрологического и гидрохимического режимов, колебаниями уровней озера и т.д.