Szata roślinna

W granicach Parku lasy zajmują w części dolnośląskiej 45%, w części wielkopolskiej 38,8% powierzchni. Przeważają lasy sosnowe, ale w okolicach Żmigrodu blisko 14% to podmokłe łęgi i olsy, natomiast na południe od Milicza około 4% powierzchni leśnej zajmują lasy bukowe. Na całym obszarze wyróżniono 17 zbiorowisk leśnych (łącznie z zaroślami łozowymi). Są to: bór chrobotkowy, suboceaniczny bór sosnowy świeży, bór trzęślicowy, bór mieszany, żyzna buczyna niżowa, kwaśna buczyna niżowa, kwaśna dąbrowa – zbiorowisko ze związku, grąd środkowo-europejski, łęg olszowo-jesionowy, łęg wiązowo-jesionowy, łęg wierzbowo-topolowy, łęg olszowy, ols porzeczkowy. W części wielkopolskiej ponadto wyróżniono subkontynentalny bór mieszany oraz ols torfowcowy. Na obszarze Parku występują wszystkie nizinne typy siedliskowe lasu z wyjątkiem boru bagiennego.

Na obszarze całego Parku stwierdzono występowanie 121 zespołów roślinnych – naturalnych, półnaturalnych i synantropijnych. Do najcenniejszych należą: wgłębki wodnej, spirodeli i salwinii pływającej, grążela żółtego i grzybieni białych, zbiorowisko z udziałem grzybieńczyka wodnego (bardzo rzadkie w skali Polski), zespół z ciborą i namulnikiem wodnym, ponikła błotnego, łąki trzęślicowe, łęgi wierzbowo-topolowe, ols porzeczkowy, łęg olszowo-jesionowy, łęg wiązowo-jesionowy, grądy (wysoki i niski), żyzna buczyna niżowa oraz kwaśna buczyna niżowa.
W granicach Parku występują 32 gatunki roślin chronionych, w tym 15 objętych ochroną ścisłą.


Lista gatunków roślin chronionych stwierdzonych na terenie parku (32 gatunki):

- objęte ochroną ścisłą: widłak goździsty, długosz królewski, nasięźrzał pospolity, salwinia pływająca, kotewka orzech wodny, grzybieńczyk wodny, jezierza mniejsza, lindernia mułowa, kruszczyk połabski, kruszczyk siny, kosaciec syberyjski, widłak cyprysowy, lilia złotogłów, śniedek cienkolistny, a w części wielkopolskiej rosiczka okrągłolistna;
- ochronie częściowej podlegają: grzybienie białe, kukułka szerokolistna, kruszczyk szerokolistny,  centuria pospolita, gnieźnik leśny, podkolan biały, zaraza wielka, listera jajowata, widłak jałowcowaty,  bagno zwyczajne, wawrzynek wilczełyko, wiciokrzew pomorski, orlik pospolity, śnieżyczka przebiśnieg, śnieżyca wiosenna, kukułka krwista, kocanki piaskowe.
Warto też wspomnieć o chronionych grzybach: soplówce bukowej i podgrzybku tęgoskórowym.


Fauna

W parku stwierdzono 34 gatunki ryb. Zalicza się do nich zarówno ryby będące przedmiotem hodowli w gospodarce stawowej (karp, amur biały, tołpyga biała i pstra, karaś, jesiotr), jak i gatunki rodzime zasiedlające pozostałe wody. Dane ichtiologów wskazują na występowanie rzadkich i chronionych gatunków: kozy, kozy złotawej, piskorza, śliza oraz różanki.
Na terenie parku spotkać można 14 gatunków płazów i 6 gatunków gadów. Wszystkie płazy i gady podlegają ochronie gatunkowej (ścisłej lub częściowej).
Park Krajobrazowy „Dolina Baryczy” stanowi miejsce występowania około 60 gatunków ssaków. Część z nich (wszystkie nietoperze, ryjówkokształtne, jeżokształtne oraz wilk, wydra, gronostaj, łasica, wiewiórka pospolita, bóbr europejski, badylarka, mysz zaroślowa, karczownik ziemnowodny i orzesznica) podlega ochronie gatunkowej.
Z obszaru leżącego w granicach parku wykazano ponad 300 gatunków ptaków. Spośród nich około 180 gatunków przynajmniej raz odbyło próbę lęgu w Dolinie Baryczy. Do najbardziej wyróżniających park ptaków zaliczają się przedstawiciele gatunków związanych z terenami wodno-błotnymi (bąk, bączek, podgorzałka, łabędź krzykliwy, krakwa, żuraw, zielonka, perkoz rdzawoszyi, zausznik, rybitwa rzeczna, zimorodek, remiz, podróżniczek, wąsatka, dziwonia) oraz lasami (bocian czarny, sóweczka, włochatka, bielik, sokół wędrowny, siniak, dzięcioł zielonosiwy, dzięcioł średni, muchołówka mała). Na przelotach spotkać można bardzo liczne stada żurawi, gęsi, łabędzi oraz czajek. Część z nich zimuje na stawach.
O bogactwie Doliny Baryczy świadczy także występowanie rzadkich i chronionych bezkręgowców. Szczególnie interesujący są przedstawiciele świata owadów związanych z zamierającym drewnem: jelonek rogacz, pachnica, kwietnica okazała, kozioróg bukowiec i kozioróg dębosz. Na łąkach spotkać można nieliczne i rozproszone populacje motyli z rodziny modraszkowatych: czerwończyka nieparka, modraszka nausitousa i modraszka telejusa. Nad wodami latają chronione ważki: zalotka większa, trzepla zielona i straszka syberyjska. W wodach stawów żyje dość liczna populacja chronionego małża – szczeżui wielkiej.