A Mátra erdős táj, változatos erdőtársulásokkal. Legjellemzőbb erdőtársulásai a cseres-tölgyes erdők. A cseres-tölgyeseket északon 550 m, délen 650 m magasság körül gyertyános-tölgyes, majd bükkös váltja fel. 900 m fölött magashegyi bükkös található Kékes, Galyatető, Piszkés-tető északi lejtőin.
A Mátra északi hűvös lejtőin több magashegységi faj talál életteret. A legszebb, montán bükkös erdőtársulás a Kékes északi oldalában sok ritka növényfajnak ad élőhelyet. Itt él a piros virágú, tüske nélküli havasi vagy bérci rózsa (Rosa pendulina), a pávafarkú salamonpecsét (Polygonatum verticillare). Az északi oldalakon hársas törmeléklejtő-erdők és szurdokerdők jelzik a sajátos mikroklímát. Növényritkaságuk a poloskavész (Cimicifuga europaea), a kék virágú, nyáron nyíló havasi iszalag (Clematis alpina), a köves helyeken jellemző erdei holdviola (Lunaria rediviva), a hármaslevelű macskagyökér (Valeriana tripteris). Több védett páfrányfaj él itt, a szoros vesepáfrány (Polystichum braunii), a karéjos vesepáfrány (Polystichum aculeatum), és a hazánk területén csak itt élő havasi szirti páfrány (Woodsia alpina). (A poloskavész és a havasi szirti páfrány előfordulása mára bizonytalanná vált.)
Az északra kinyúló gerinceken a jégkori reliktumnak tekinthető lila csenkesz (Festuca amethystina) él. Legközelebbi élőhelye a Budai-hegység, itt az Északi-középhegységben másutt nem is található.
A sziklákon a Parmelia conspersa nevű zuzmó az úttörő növény. A sziklák repedéseiben az áttelelő levélzetű, alig 10 cm-es északi fodorka (Asplenium septentrionale), a szürke levelű, fehér vagy rózsaszínes pártájú, 30 cm körüli magasságú fürtös kőtörőfű (Saxifraga paniculata), a sárga kövirózsa (Jovibarba hirta) és a varjúhájfajok telepednek meg. A Mátrában csak a Gazos-kő sziklafalán fordul elő az alacsony termetű sziklai ternye (Alyssum saxatile).
A vékony termőtalajú andezitsziklákon nyílt sziklagyep alakul ki, a vastagodó talajon fokozatosan záródó sziklagyep nő a sziklai csenkesz (Festuca pseudodalmatica) és a magyar perje (Poa pannonica subsp. scabra) állományaival. A sziklagyep-társulások gyöngyvesszős cserjésekkel szomszédosak. A névadó növény, a szirti gyöngyvessző (Spiraea media) egy méter magas, nehezen áthatolható bozótokat alkot, melyben a mátrai madárbirs (Cotoneaster matrensis) is otthonos.
A Mátra fajgazdag hegyi rétjein fordul elő többek között a kornis tárnics (Gentiana pneumonanthe), a fekete kökörcsin (Pulsatilla pratensis subsp. nigricans), és a gömböskosbor (Traunsteinera globosa).
A vizes, nedves helyeken különlegesség a hegyi perje (Poa remota), amelynek valamennyi hazai előfordulási helye a Kékes tömbjének északi lábánál található. Tavaszi időszakban vízzel borított cseres-tölgyesben a kockás liliom (Fritillaria meleagris) él egyetlen mátrai élőhelyén.
A Mátra déli oldalán, a lejtőlábi melegkedvelő tölgyesek és a tatárjuharos lösztölgyesek átmeneti állományokat alkotnak, erdős-sztyepp elemekkel. Ilyent láthatunk például a mátrafüredi Dobogón.
A Mátra változatos vegetációjához fajgazdag állatvilág kapcsolódik.
A csigák közül egyes ritka fajok a jégkori klíma emlékét őrzik: hideg mikroklimatikus zugokban maradtak fenn, túlélve a melegebb, szárazabb periódusokat. Ilyen fajok például a Discus ruderatus, amely az öreg hegyvidéki bükkös egyik jellemző csigafaja, vagy a Cochlodina cerata, Ruthenica filograna, Helicigona faustina.
A magasabb rendű gerinctelen állatok terén a leglátványosabbak a nappali lepkék. A Mátra hegyvidéki és sziklai bükköseiben még előfordul a hegyi fehérlepke (Pieris bryoniae) kisebb népessége.
A gyertyános-tölgyesek, hűvös, párás tölgyesek rezgőnyárakban gazdag szegélyein él az Európa szerte ritka nyárfalepke (Limenitis populi). Hazánkban, a Mátra patakvölgyeiben éri el elterjedésének határát a keleti gyöngyházlepke (Argynnis laodice). A Mátrától nyugatra már nem fordul elő ez az elegáns lepkefaj. A száraz sziklai cserjések dekoratív nappali lepkéje a nagy fehérsávoslepke (Neptis rivularis). Tápnövénye a szirti gyöngyvessző (Spiraea media).
A Mátra hideg vizű patakjaiban fejlődik a hegyi szitakötő (Cordulegaster bidentata) lárvája. A fekete-sárga színezetű imágó azokat a 800 méter fölötti szakaszokat kedveli, ahol az erdő a patak fölött összezárul. Kizárólag bükkösökben fordul elő a ritka havasi cincér (Rosalia alpina).
A Mátra ritka és védett kétéltű és hüllő fajai az alpesi gőte (Triturus alpestris), sárgahasú unka (Bombina variegata), erdei- és gyepi béka (Rana dalmatina, R. temporaria), foltos szalamandra (Salamandra salamandra). Találkozhatunk még erdei- és vízisiklóval (Elaphe longissima, Natrix natrix), melyeknek néha nagyobb méretű példányai kelthetnek riadalmat. Félni nem kell tőle, de nem szabad bántani, mert ha befogják, bátran támad és harap. A lábatlan gyík (Anguis fragilis), fürge- és zöld gyík (Lacerta agilis, L. viridis) szintén él a területen.
A nagy területű, zárt erdőknek, illetve a környező peremterületeknek igen gazdag a madárvilága. A fészkelő fajok listáján több fokozottan védett faj szerepel. A legnagyobb európai sasok egyike a parlagi sas (Aquila heliaca), mely féltve őrzött fészkelő madarunk. Fő eledele a termetéhez képest meglehetősen kicsi ürge és hörcsög. A kisebb termetű kis békászósas (Aquila pomarina) is szórványosan fészkel. Egyik legértékesebb és legszebb madarunk a kerecsensólyom (Falco cherrug). Sajnos évről - évre kisebb számban költ a területen. A közönségesnek mondható egerészölyv (Buteo buteo) mellett szórványosan fészkel a darázsölyv (Pernis apivorus) , és a ritkább kígyászölyv (Circäetus gallicus). A baglyok közül az uhu (Bubo bubo) képviseli a legnagyobb eszmei értéket. Ritka fészkelő a császármadár (Tetrastes bonasia), amely hazai viszonylatban is különlegesnek számító, fokozottan védett faj. Gyarapodó állománya figyelhető meg a hollónak (Corvus corax). A közel varjú nagyságú fekete harkály (Dryocopus martius) sem számít ma már ritkaságnak. A gyors sodrású, tiszta vizű hegyi patakok ékessége az alig 1 - 2 párból álló vízirigó (Cinclus cinclus) állomány. Értékes színfoltja az összefüggő, zárt, háborítatlan idős erdőknek a fekete gólya (Ciconia nigra).
A Mátrában számos védett emlősfaj is élőhelyet talál. Az idős, lombos erdők korhadt fatörzseiben talál menedéket számos denevérfaj, ezért az erdőgazdálkodás során ezen faegyedek kiemelt védelme szükséges. Fontos élőhelyet jelentenek a Mátrában az érckutatások után visszahagyott bányavágatok, tárók. Itt található az Északi-középhegység egyik jelentős hosszúszárnyú denevér (Miniopterus schreibersi) állománya, amely mintegy 3-4000 példány közönséges denevérrel (Myotis myotis) alkot kolóniát. A TK területén előfordul nyuszt (Martes martes) és a borz (Meles meles).
A vadmacska (Felis sylvestris) az érintetlen idős erdők lakója. Igen óvatos, rejtett életet él. Másik macskaféle ragadozója a hegyvidéknek az igen ritka, csak szórványosan előforduló fokozottan védett hiúz (Lynx lynx).
A hazai erdős vidékek vadjai a Mátrában is otthonra találnak. A gímszarvas (Cervus elaphus), az őz (Capreolus capreolus), a vaddisznó (Sus scrofa) nagy számban él itt, melynek a természetvédelem "nem nagyon örül". A sikeres vadászat érdekében általában nagyobb a számuk, mint az erdők vadeltartó képessége. Ezért a károsítások sok helyen nagy mértékűek (a sziklagyepek taposása, a facsemeték rágása, az erdőfelújítások eredménytelensége). A nagyvadak közül idegen a tájban a muflon (Ovis musimon), melynek őshazája Korzika. A Mátrába 1923-ben telepítették, a természetvédelmi és erdészeti szempontból káros fajt. Napjainkban létesítenek a térségben vadaskerteket, amelyek megoldhatják a természetvédelem és erdőgazdálkodás terén jelentkező problémákat.
A vadaskert nem új fogalom, hiszen az első utalás vadaskertre a XIII. sz. első feléből származik. A hajdani uralkodók vadaskertjei az udvartartás részét képezték, a vadászat gyönyöre mellett az uralkodó konyháit látták el vaddal.
A Mátrában a parádi vadaskert Károlyi gróf tulajdonában volt. Ezen a területen 3500 ha-on az 1920-as évekig folytattak vadgazdálkodást. Ezek után a '70-es évek végéig hazánkban vadaskerteket nem létesítettek.
A "vadkert" vagy mai nevén vadaskert tulajdonképpen zárttéri vadtartást jelent, főleg nagyvadak (gím-, és dámszarvas, valamint vaddisznó, és az utóbbi időkben muflon) részére. A vadaskert betelepítése kiemelt minőségű törzsállomány befogásával, részben a környező erdőterületekről bevándorolt nagyvadfajokkal történik.
A vadgazdálkodás intenzív módon (etetés) és ellenőrzött körülmények között folyik. Ennek köszönhetően biztosítható folyamatos, és eredményes bérvadászat.