พื้นที่ประมาณร้อยละ 80 ของอุทยานแห่งชาติน้ำพองปกคลุมไปด้วยป่าเต็งรัง บริเวณที่ราบลุ่มและหุบเขาของอุทยานแห่งชาติ ทั้งในเทือกเขาภูพานคำและเทือกเขาภูเม็งมีสภาพเป็นป่าดิบแล้งที่สมบูรณ์ สลับกับป่าเบญจพรรณ ป่าทุ่งหญ้า และป่าไผ่ขึ้นกระจายอยู่ทั่วไปในบางพื้นที่ จัดเป็นป่าต้นน้ำลำธารที่ไหลลงสู่เขื่อนอุบลรัตน์ บริเวณนี้ยังเป็นที่อยู่อาศัยของสัตว์ป่าและแหล่งสมุนไพรที่สำคัญของอุทยานอีกด้วย พันธุ์ไม้มีค่าและพบเห็นได้ทั่วไป เช่น เต็ง รัง เหียง พลวง พะยูง กระบก ประดู่ แดง มะพอก ตะเคียนหิน เป็นต้น พืชพื้นล่างจำพวกปรงป่า เถาวัลย์ ไม้หนามชนิดต่างๆ รวมทั้งสมุนไพรนานาพันธุ์อีกมากมาย

สำหรับสัตว์ป่า ส่วนใหญ่มักอาศัยอยู่ในป่าดิบแล้งบริเวณเทือกเขาภูเม็ง เพราะเป็นแหล่งหากินและที่อยู่อาศัยที่อุดมสมบูรณ์และถูกรบกวนจากมนุษย์น้อยมาก สัตว์ป่าที่พบเห็นเป็นสัตว์ขนาดกลางและขนาดเล็ก อาทิ หมูป่า เก้ง หมาจิ้งจอก เม่น นิ่ม กระต่ายป่า ไก่ป่า งู และนกชนิดต่าง ๆ เป็นต้น