Đến với Côn Đảo, du khách sẽ có dịp trải nghiệm thiên nhiên kỳ thú, giàu đa dạng sinh học. Hệ thực vật của rừng Côn Đảo có những nét đặc sắc nổi bật bởi những loài cây và những kiểu rừng của nhiều vùng sinh thái khác nhau trong cả nước. Qua các cuộc điều tra khảo sát và nghiên cứu, thống kê, số loài thực vật ở đây gần đến 900 loài. Có những loài thực vật đại diện cho hệ thực vật Malaysia - Indonesia (họ Diptero Carpaceae), cho hệ thực vật Ân Độ - Miến Điện (họ Combretaceae lythraceae) và hệ thực vật Bắc Việt Nam - Nam Trung Quốc (họ Lauraceae meliaceae). Có nhiều loài trong nhiều họ đặc trưng cho hệ thực vật các tỉnh miền Bắc Việt Nam, Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ. Có nhiều loài đặc trưng cho hệ thực vật Đồng bằng sông Cửu Long.

Thành phần thực vật đặc sắc của rừng Côn Đảo đáng kể nữa là những loài cây dược liệu với mức độ cao như Ngũ Gia Bì, Thiên Niên Kiện, Hà Thủ Ô, Sâm Nam, Đỗ Trọng, Hương Nhu... Có cả loài Chay Lan (Ochrosia borbonica) một loài cây thân gỗ chứa chất alcalvit có tác dụng chữa bệnh ung thư, đang được một số nhà khoa học trên thế giới quan tâm nghiên cứu.

Ngoài những loài gỗ quý thường thấy ở rừng trong đất liền, rừng Côn Đảo còn có các loài gỗ quý như Lát Hoa, Cẩm Thị, Quãng, Găng, thân cây có kích thước lớn, với mật độ tương đối dày. Có nhiều khu rừng gần như nguyên sinh, chưa có sự tác động của con người. Động vật ở rừng Quốc gia Côn Đảo có 18 loài thú, 65 loài chim, 25 loài bò sát, lưỡng cư. Có những loài quý như sóc mun, chim gầm ghì trắng, chim diện mặt xanh, chim yến (loại cho yến sào, có giá trị kinh tế cao).

Chế độ dòng chảy biển Đông với sự thay đổi hai mùa gió chính đã tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển các ấu trùng sinh vật biển từ Côn Đảo đi về phía bắc và phía nam, ngược lại vùng biển này sẽ thu nhận nguồn phát tán từ nơi khác đến. Chính vì vậy, loài sinh vật biển ở đây khá đa dạng. Vùng biển ven bờ các đảo có 95 loài rong, trong đó có 7 loài mới phát hiện ở Việt Nam. Các loại cá quý như cá nước, cá heo, đặc biệt là bò biển (dugong) mà dân địa phương gọi là cá cúi.

Cho đến nay, những số liệu điều tra khảo sát nơi Côn Đảo đã xác định được ở trên cạn có 18 loài động vật có vú, thuộc 10 họ, 5 bộ; có 65 loài chim thuộc 25 họ, 13 bộ; có 25 loài bò sát và lưỡng thê.

a) Nhóm thú (Mammalia).

Đáng chú ý là các loài thuộc chi sóc. Loại sóc mun sống rất phổ biến trong các rừng cây, có màu đen tuyệt đẹp. Loài thú này chỉ mới phát hiện được ở Côn Đảo, chưa thấy trên đất liền. Loài sóc lớn, bụng vàng cũng có một số đặc điểm về màu lông so với cùng loại trên đất liền.

b) Nhóm chim (Aves).

Người ta thường bắt gặp trên đảo loài chim thuộc bộ bồ câu (Colombiformes) như bồ câu bicoba, đặc biệt loại chim gầm ghì trắng, rất hiếm thấy trên thế giới (hiện chỉ phân bố ở một số đảo thuộc Malaysia và Papua New Guinea). Một loại chim đáng chú ý ở đây là loài ó biển. Điều kiện thiên nhiên trên núi có nhiều hang động, vách đá cao và hiểm trở, rất thích hợp cho loài ó biển làm tổ và sinh sôi. Ở một số hòn đảo trong tổng số 16 hòn của Côn Đảo, chim yến tập trung làm tổ trong các vách đá và hang núi. Yến sào thu được ở Côn Đảo hàng năm là một nguồn lợi kinh tế có giá trị đáng kể. Có thể nói do vị trí và địa hình, Côn Đảo có một quần chủng chim biển đông đúc, đa dạng khác với đất liền.

c) Nhóm bò sát (Reptila).

Kỳ đà hầu như có mặt ở khắp các đảo của Côn Đảo với mật độ lớn. Tắc Kè cũng rất phổ biến. Ở các bãi biển Côn Đảo có loài vích (Caretta ollivacea), rùa xanh (Chelonia mydas) phát triển thuận lợi, do điều kiện sinh thái rất thích hợp cho loài bò sát này.

d) Nhóm thú (Mammala).

Đặc biệt ở biển Côn Đảo có loài thú biển duy nhất ăn cỏ ngập sâu trong nước mặn, gọi là bò biển (tên khoa học là Dugong). Bà con ngư dân gọi là cá cúi. Con vật lúc trưởng thành dài từ 2,4 - 2,7m, nặng đến 400kg. Trung bình mỗi ngày một con bò biển ăn hết 25kg cỏ biển. Bò biển thở bằng phổi, cứ vài phút lại ngoi lên mặt nước vài giây... tốc độ bơi trung bình 5km/giờ, cao nhất có thể lên 20km/giờ. Tuổi thọ của bò biển đến 70 năm. Quá trình thai nghén từ 12 - 13 tháng, và chỉ đẻ 1 con. Tuổi thọ tương đối cao, nhưng tỉ lệ sinh thấp đã khiến cho các nhà khoa học lo ngại bò biển rất dễ bị tuyệt chủng. Theo thống kê ở Úc, Papua New Guinea, Indonesia là những nơi có nhiều bò biển. Theo sự tính toán của các nhà khoa học, trên thế giới, có khoảng 100.000 cá thể bò biển. Ở vùng biển Côn Đảo cũng xuất hiện loài cá heo (Betphinus), cá vược (thường gọi là cá ông sư) tập trung thành từng đàn đông.

e) Nhóm cá ở rạn san hô.

Theo kết quả điều tra của Viện Hải dương học Nha Trang, ở ven các đảo thuộc huyện Côn Đảo có 147 loài thuộc 50 giống san hô cứng. Mặc dù thời Pháp, buộc các tù nhân ở nhà tù Côn Đảo lấy san hô về nung để thành vôi nhưng 1000 ha rạn san hô vẫn sống tốt và phát triển với vô vàn màu sắc và chủng loại. Trong các rạn san hô này có nhiều cá cư ngụ, bao gồm 202 loài thuộc 80 giống, 31 họ. Họ cá thia (Pomacentridae) là thành phần phong phú nhất (55 loài, chiếm 22,27% tổng số loài). Tiếp đến là họ cá bàng chài (Lahridae) gồm 24 loài; họ cá bướm gồm 22 loài; họ cá mó gồm 17 loài; họ cá hồng gồm 15 loài; họ cá phèn gồm 9 loài; họ cá cúi gồm 8 loài.

f) Động vật đáy.

Các kết quả nghiên cứu nhiều năm ở đây cho thấy động vật đáy ở biển Côn Đảo gồm: 130 loài giun tơ; 110 loài giáp xác; 153 loài thân mềm; 46 loài da gai. Các động vật đáy có kích thước lớn thuộc loài thân mềm, giáp xác, da gai đóng vai trò quan trọng, tạo nên tính đa dạng của các rạn san hô. Sự đa dạng về thành phần thân mềm được coi như đặc trưng của sinh vật đáy ở biển Côn Đảo. Trong tổng số 153 loài ghi nhận được, có 109 loài thuộc 26 họ của lớp chân bụng và 44 loài thuộc 14 họ của lớp hai mảnh vỏ.

Có thể nói, Vườn quốc gia Côn Đảo được xem như chiếc cầu nối cho sự phát tán sinh vật từ trung tâm đa dạng của vùng biển Ấn Độ - Tây Thái Bình Dương đến vùng ven bờ của Việt Nam. Chính vì vậy, tạo nên hệ sinh thái biển đa dạng cho Côn Đảo và chắc chắn khi đến với vườn quốc gia, du khách sẽ được chiêm ngưỡng một hệ sinh thái kỳ thú, đến kinh ngạc.