สภาพป่าประกอบด้วย ป่าดิบเขา ป่าดิบแล้ง ป่าสนเขา ป่าเต็งรังและป่าเบญจพรรณ ซึ่งป่าแต่ละชนิดเหล่านี้จะอยู่กระจัดกระจายทั่วไป ในเขตอุทยานแห่งชาติตามระดับความสูงของพื้นที่ พันธุ์ไม้ที่สำคัญ ได้แก่ สัก ยาง ประดู่ ตะแบก เต็ง รัง จำปีป่า สนสามใบ ก่อชนิดต่างๆ มอส เฟิน กล้วยไม้ นอกจากนี้ยังมีพันธุ์ไม้ที่สำคัญและหายากของเมืองไทยอาทิ เช่น มณฑาดอย กุหลาบพันปี กายอม ซึ่งสามารถพบเห็นได้บนยอดดอยเวียงผา

เนื่องจากสภาพป่าที่อุดมสมบูรณ์ และขึ้นผสมปะปนกันอยู่หลายชนิด ตลอดจนระดับความสูงของพื้นที่ที่แตกต่างกัน ตั้งแต่ 300-1,834 เมตร จึงทำให้เกิดแหล่งอาหารและเป็นที่อยู่อาศัยของสัตว์ป่านานาชนิด ประกอบด้วย เก้ง หมูป่า เลียงผา เสือไฟ หมีควาย เม่น กระต่ายป่า ลิง อีเห็น กระรอก กระแต และนกนานาชนิด เช่น นกกงเขนดง นกพญาไฟ นกโพระดก นกกินปลี นกหัวขวาน ไก่ป่า และที่สำคัญยังสามารถพบเห็นซาลาแมนเดอร์ สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก ซึ่งเป็นดัชนีวัดความอุดมสมบูรณ์ของระบบนิเวศ