สภาพป่าในพื้นที่อุทยานแห่งชาติภูซาง มีความหลากหลายของชนิดป่า ซึ่งสามารถจำแนกเป็นชนิดป่าต่างๆ โดยอาศัยปัจจัยทางสภาพภูมิประเทศ สภาพภูมิอากาศ ลักษณะดินและลักษณะของพืชพรรณที่ขึ้นอยู่ได้ 5 ชนิด ดังนี้

• ป่าเบญจพรรณ (Mixed Deciduous Forest) มีร้อยละ 50 ของพื้นที่อุทยานแห่งชาติชนิดพันธุ์ไม้ที่พบ เช่น สัก,แดง,ประดู่,มะค่าโมง,ตะแบก,เก็ดแดง เป็นต้น ชนิดพันธุ์ไม้พื้นล่าง เช่น ไผ่ชนิดต่างๆ และหญ้าชนิดต่างๆ ชนิดพันธุ์ไม้เลื้อย เช่น หนามหัน บันไดลิง (เครือบ้า) เป็นต้น
• ป่าเต็งรัง (Dry Dipterocarp Forest) มีร้อยละ 30 ของพื้นที่อุทยานแห่งชาติ ชนิดพันธุ์ไม้ที่พบ เช่น เต็ง,รัง,เหียง,พลวง เป็นต้น ชนิดพันธุ์ไม้พื้นล่าง เช่น หญ้าชนิดต่างๆ ชนิดพันธุ์ไม้เลื้อย เช่น บันไดลิง(เครือบ้า),ไม้พุ่ม เช่น มะเม่า เป็นต้น
• ป่าดิบเขา (Hill Evergreen Forest) มีร้อยละ 10 ของพื้นที่อุทยานแห่งชาติ ชนิดพันธุ์ไม้ที่พบ เช่น ไม้ตระกูลก่อ ทะโล้ มณฑาป่า จำปีป่า เป็นต้น ชนิดพันธุ์ไม้พื้นล่าง เช่น ผักกูด กล้วยไม้เฟิร์น มอส พืชวงศ์ขิงข่า เป็นต้น
• ป่าดิบแล้ง (Dry Evergreen Forest) มีร้อยละ 8 ของพื้นที่อุทยานแห่งชาติ ชนิดพันธุ์ไม้ที่พบ เช่น เติม ถ่อน ยางแดง ยางขาว ตะเคียนทอง แดง มะค่าโมง เป็นต้น ชนิดพันธุ์ไม้พื้นล่าง เช่นไผ่บง ไผ่หก มะพร้าวเต่า พืชวงศ์ขิงข่า เป็นต้น ชนิดพันธุ์ไม้เลื้อย เช่น สะบ้าช้าง เป็นต้น
• ป่าสน (Pine Forest) มีร้อยละ 2 ของพื้นที่อุทยานแห่งชาติ ชนิดพันธุ์ไม้ที่พบ เช่น สนสองใบ สนสามใบ ชนิดพันธุ์ไม้พื้นล่าง เช่นหญ้าชนิดต่างๆ

สัตว์ป่า ในเขตพื้นที่อุทยานแห่งชาติภูซางมีสัตว์ป่าหลายชนิด เช่น เลียงผา กวาง เก้ง หมูป่า ลิง ค่าง ชะนี กระจง หมาใน ไก่ป่า ไก่ฟ้า กระรอก อีเห็น กระแตเหนือ และนกชนิดต่างๆ ที่พบเห็นมากกว่า 150 ชนิด และสัตว์เลื้อยคลาน เช่น ตะกวด เต่าปูลู ตัวนิ่ม งูชนิดต่างๆ เป็นต้น ซึ่งอุทยานแห่งชาติภูซางได้กำหนดให้ เต่าปูลู เป็นสัญลักษณ์ประจำอุทยานแห่งชาติภูซาง