แม้มนุษย์มีผลกระทบเป็นครั้งคราวต่อเกาะแคโรไลน์เป็นเวลากว่าสามศตวรรษ แต่เกาะนี้ยังถือเป็นเกาะเขตร้อนสภาพใกล้เคียงดั้งเดิมหนึ่งในไม่กี่แห่งที่ยังเหลืออยู่[4] และยังได้รับการจัดอันดับให้เป็นเกาะปะการังรูปวงแหวนแปซิฟิกที่บริสุทธิ์ที่สุดแห่งหนึ่ง[9] สภาพแทบไม่ถูกรบกวนของเกาะทำให้เกาะแคโรไลน์ได้รับกำหนดให้เป็นแหล่งมรดกโลกและเขตสงวนชีวมณฑล มีการสำรวจนิเวศวิทยาบันทึกสัตว์และพืชของเกาะเป็นระยะในช่วงปลายคริสต์ศตวรรษที่ 20 ได้แก่ โครงการสำรวจชีววิทยามหาสมุทรแปซิฟิกเยี่ยมเกาะใน พ.ศ. 2508 การสำรวจเกาะไลน์ พ.ศ. 2517 หน่วยอนุรักษ์สัตว์ป่าของโครงการสิ่งแวดล้อมแห่งสหประชาชาติใน พ.ศ. 2531 และ พ.ศ. 2534[10]

เกาะแคโรไลน์มีพืชพรรณหนาแน่น เกาะเล็ก ๆ ส่วนมากมีเขตพืชพรรณวงแหวนสามวง ได้แก่ เขตนอกพรมพืชล้มลุก ซึ่งประกอบด้วย Heliotropium anomalum เป็นหลัก เขตในกว่าเป็นไม้พุ่ม ซึ่งมีงวงช้างทะเล (Heliotropium foertherianum) เป็นหลัก และบริเวณป่าใจกลางมักซึ่งมีไม้ต้น Pisonia grandis มากที่สุด นอกจากนี้ยังมีการนำต้นมะพร้าวและมีอยู่ปริมาณค่อนข้างมากในเกาะเล็กขนาดใหญ่ ๆ แบบรูปพรรณพืชนี้เป็นเหมือนกันในเกาะเล็กขนาดใหญ่ ๆ ส่วนเกาะเล็กขนาดเล็กไม่มีป่าใจกลางและเกาะเล็กสุดจะมีเฉพาะไม้ล้มลุกเตี้ยเท่านั้น[4] พืชที่พบมากอื่น เช่น Suriana maritima และยอ (Morinda citrifolia)[11]

เกาะแคโรไลน์เป็นแหล่งเพาะพันธุ์ของนกทะเลหลายชนิด สำคัญที่สุดคือ นกนางนวลแกลบดำ (Onychoprion fuscata) ซึ่งมีจำนวนประมาณ 500,000 ตัว โดยพบมากบนเกาะเล็กฝั่งตะวันออก และนกโจรสลัดใหญ่ (Fregata minor) ซึ่งมีจำนวนประมาณ 10,000 ตัว เกาะแคโรไลน์และเกาะฟลินต์ที่อยู่ใกล้เคียงเป็นถิ่นอาศัยของปูมะพร้าว (Birgus latro) ใหญ่สุดแห่งหนึ่งในโลก[3] นอกจากนี้ สัตว์เฉพาะถิ่นอื่นมีหอยมือเสือซึ่งพบมากบริเวณลากูนศูนย์กลาง เต่าตนุ ปูเสฉวน และกิ้งก่าอีกหลายชนิด[11]

เต่าตนุ (Chelonia mydas) ซึ่งเป็นสัตว์ใกล้สูญพันธุ์ ทำรังบนหาดเกาะแคโรไลน์ แต่มีรายงานผู้ตั้งถิ่นฐานล่าสุดบุกรุกเข้าไปล่าสัตว์[11] นกชนิด Numenius tahitiensis ซึ่งอพยพมาจากอะแลสกาก็จัดเป็นสายพันธุ์เสี่ยงอีกด้วย

เกาะแห่งนี้มีพืชต่างถิ่นกว่า 20 ชนิดที่มนุษย์นำเข้ามา เช่น เถาเลื้อยอย่างเช่นผักบุ้งทะเลซึ่งเริ่มแพร่พันธุ์ มนุษย์นำแมวและหมาเลี้ยงร่วมกับผู้ตั้งถิ่นฐานจำนวนหนึ่งได้ขับประชากรนกทะเลออกจากเกาะเล็กโมนูอะตา-อะตา