Biodiversitatea Ţării Haţegului este strâns legată de zonele de vegetaţie dispuse sub formă de amfiteatru din cauza reliefului de depresiune. Se formează astfel mai multe centuri de vegetaţie şi habitatele speciale ce corespund fiecăreia.
Coborând dinspre munte spre centrul depresiunii se întâlnesc cinci etaje de vegetaţie:
– pajişti alpine peste 1800 m (păiuş, afin etc.);
– pădure de conifere între 1200 – 1800 m (uneori un amestec de fag, scoruş păsăresc şi brad);
– pădure de fag între 800 şi 1200 m (amestecat cu specii similare ca teiul, ulmul, frasinul) de multe ori formând un mozaic cu păşuni şi fâneţe;
– pădure de stejar şi silvostepă la altitudini mai mici de 800 m.
În ceea ce priveşte fauna, Ţara Haţegului este un loc de intersecţie ale diverselor tipuri de habitate. În secolul al XVIII-lea zona era cunoscută ca un paradis al vânătorii de animale pentru blană.
Cele mai importante specii de mamifere sunt liliacul, capra neagră, cerbul, căprioara, ursul, lupul, râsul.
Păsările sunt foarte bine reprezentate (bufniţa, muscarul pitic, codălbiţa, sfrânciocul, barza), iar reptilele şi amfibienii se găsesc de asemenea în număr mare (tritonul cu creastă, broasca de mlaştină, vipera, şopârla cenuşie).
Nu în ultimul rând, studiile recente efectuate de echipele Geoparcului au arătat existenţa unui mare număr de specii rare şi puţin cunoscute de fluturi.
