ในอุทยานแห่งชาติขุนแจมีป่าหลายชนิดคือ ป่าเต็งรัง ป่าเบญจพรรณ ป่าดิบชื้น ป่าดิบแล้ง ป่าดิบเขาและป่าสนเขา มีพันธุ์ไม้ที่เปลี่ยนแปลงไปตามระดับความสูงของพื้นที่จาก 300-800 เมตร จะเป็นป่าไผ่และป่าเบญจพรรณระดับความสูง 800-1,000 เมตร เป็นป่าดงดิบและป่าเต็งรัง มีความสูงระหว่าง 1,000-1,500 เมตร เป็นป่าดิบและป่าสน ส่วนสภาพป่าที่สูงกว่า 1,500 เมตรขึ้นไป เป็นป่าดิบเขาบริเวณหุบห้วย ปกคลุมไปด้วยต้นไม้หนาแน่นเขียวชอุ่มซึ่งเป็นไม้จำพวกยางชนิดของต้นไม้ที่พบเป็นพืชชั้นล่างที่เด่น ได้แก่ กล้วยป่า เฟิร์น มอสส์ และหญ้าที่ขึ้นตามชายน้ำ

สัตว์ป่าที่พบเห็นได้ในอุทยานแห่งชาติขุนแจ สามารถพบเห็นได้แตกต่างกันตามสภาพถิ่นที่อยู่อาศัยและช่วงเวลาระหว่างวันในหุบเขาริมธารและป่าชุ่มชื่นเป็นบริเวณที่มีพืชพันธุ์เขียวชอุ่ม ซึ่งพบเห็นสัตว์ป่าหลายชนิด ได้แก่ ชะมด หมูป่า เก้ง เม่น กระรอกหลายชนิด ทั้งที่อาศัยอยู่บนต้นไม้และพื้นดิน ค้างคาว กระต่ายป่า สัตว์ที่คาดว่าจะพบได้ในอุทยานแห่งชาติ เช่น หมี ลิงลม ชะนีธรรมดา แมวป่า เลียงผา นกต่างๆ เช่น นกแซงแซวสีเทา เหยี่ยวรุ้ง เหยี่ยวนกเขาชิครา นกจับแมลงหัวเทา นกตีทอง นกเขียวก้านตองปีกสีฟ้า ไก่ป่า สัตว์เลื้อยคลานเช่น งูเขียวหางไหม้ งูจงอาง กิ้งก่าบิน ตุ๊กแก จิ้งเหลน เป็นต้น