1. Về động vật

Qua điều tra nghiên cứu đã ghi nhận được 1.715 loài (chiếm 7% tổng số loài trong cả nước) thuộc 52 bộ, 258 họ, 1080 giống. Hệ động vật ở đây rất đa dạng, có nhiều loài đặc hữu và quý hiếm và được thống kê chi tiết: Côn trùng có 17 bộ, 137 họ, 708 giống, 1.029 loài; Cá 6 bộ, 17 họ, 46 giống, 57 loài; Ếch nhái - Bò sát có 3 bộ, 19 họ, 64 giống, 134 loài; Chim có 16 bộ, 57 họ, 189 giống, 363 loài; Thú có 10 bộ, 28 họ, 73 giống, 132 loài. 

Qua kết quả kiểm kê năm 2011, có nhiều loài đặc hữu, quý hiếm có nguy cơ bị đe dọa được đưa vào Sách Đỏ Việt Nam cần phải có giải pháp ưu tiên bảo tồn như sau:

- Theo Sách Đỏ Việt Nam, Vườn có 69 loài được liệt kê cần phải được bảo vệ, điển hình các loài như: Voọc vá chân nâu (Pygathrix nemaeus nemaeus), Sói lửa (Cuon alpinus), Cầy mực (Arctictis binturong), Báo hoa mai (Panthera pardus), Sao la (Pseudoryx nghetinhensis), Mang Lớn Megamuntiacus vuquangensis, Mang Trường Sơn Caninmuntiacus truongsonensis, Gà lôi lam mào trắng (Lophura edwardsi), Bồ câu nâu (Columba punicea), Trăn mốc (Python molurus), Rắn ráo (Ptyas korros), Rùa hộp trán vàng (Cuora galbinifrons), Rùa đầu to (Platysternon megacephalum), Cá chình hoa (Anguilla marmorata)… 

- Có 15 loài đặc hữu, chủ yếu tập trung vào lớp Chim chiếm đến 13 loài điển hình có các loài Gà lôi trắng (Lophura nycthemera), Gà lôi lam mào trắng (Lophura edwardsi), Gà so Trung bộ (Arborophila merlini), Gà so họng hung (Arborophila rufoguralis), Rắn lục sừng (Trimeresurus cornutus), Rùa hộp trán vàng (Cuora galbinifrons)…

- Có 2 loài Ong mới cho khoa học được phát hiện và mang tên Bạch Mã là Spinaria bachmana Long & van Achterberg, Vietorogas bachma Long. 

2. Về thực vật

Về hệ nấm và thực vật có 2.373 loài (chiếm gần 17% tổng số loài thực vật trong cả nước). Cụ thể chi tiết: Nấm có 55 họ, 332 loài. Rêu có 25 họ, 87 loài; Dương xỉ & họ hàng thân cận có 28 họ, 183 loài; Ngành Hạt trần có 7 họ, 22 loài; Ngành Hạt kín có 157 họ, 1.749 loài, trong đó lớp Một lá mầm có 464 loài, Hai lá mầm có 1.285 loài. 

Qua kết quả kiểm kê năm 2011, có nhiều loài thực vật đặc hữu, quý hiếm được ghi vào Sách Đỏ Việt Nam cần được ưu tiên bảo tồn: 

- Theo Sách Đỏ Việt Nam (2007) có 73 loài cần phải được bảo vệ, bao gồm các loài điển hình như: Pơ mu (Fokienia hodginsii), Trầm hương (Aquilaria crassna), Gụ lau (Sindora tonkinensis), Gụ mật (Sindora siamensis), Kiền kiền (Hopea pierrei), Kim tuyến (Anoectochilus roxburghii), Bảy lá một hoa (Paris polyphylla),… 

- Đặc hữu có 204 loài, bao gồm các loài điển hình như: Kim giao (Nageia fleuryi), Chân chim Pà Cò (Schefflera pacoensis), Cà na mũi nhọn (Canarium subulatum), Hoàng linh Bắc bộ (Peltophorum dasyrrachis), Song đinh Việt Nam (Diplopanax vietnamensis), Côm lá hẹp (Elaeocarpus angustifolius), Đỗ quyên vân cẩm (Rhododendron fortunei), Bọt ếch Bạch Mã (Glochidion bachmaensis), Cà đuối Trung bộ (Cryptocarya annamensis), Mã tiền núi Đinh (Strychnos dinhensis),…

- Có 5 loài mới cho khoa học, được phát hiện đầu tiên và đặt tên Bạch Mã gồm:

• Chìa vôi Bạch Mã (Cissus bachmaensis Gagnep.)
• Côm Bạch Mã (Elaeocarpus bachmaensis Gagnep.)
• Lá nón Bạch Mã (Licuala bachmaensis Henderson, N.K.Ban & N.Q.Dung)
• Mây Bạch Mã (Calamus bachmaensis Henderson, N.K.Ban & N.Q.Dung)
• Bọt ếch Bạch Mã (Glochidion bachmaensis Thin)