El parque alberga una abundante cantidad de especies de fauna, tanto endemicas como en peligro de exitincion. En los cuerpos de agua historicamente se han identificado 22 especies de peces, incluyendo el pez endemico regional, conocido como pez blanco (Petenia splendida) (Mendez, Garcia y Lozano, 2011). En la Laguna Yaxha, Barrientos et al. (2011), La mojarra de ocho bandas (Rocio octofasciata (Regan, 1903)) es la unica especie nativa exclusiva de la Laguna Yaxha. Reportan tambien para el area, 14 especies de anfibios y 45 especies de reptiles, que representan el 25% de reptiles documentados para Guatemala, entre ellos destacan 22 especies de serpientes, 19 de lagartijas, 3 especies de tortugas, incluyendo a la tortuga blanca (Dermatemys mawii) y una especie de cocodrilo (Crocodylus moreletii) (Dumeril y Bibron, 1851), catalogadas como especies en peligro de extincion.

En relacion a la avifauna, la importancia de la region se debe a la existencia de sus lagunas, rodeadas por los pantanos y areas fangosas, las extensas aguadas y el Rio Holmul en la parte norte. Durante los ultimos años se elevo el numero de especies de aves documentadas para el Parque, paso de 112 a 202 gracias a constantes actividades de avistamiento"; junto al diagnostico de campo llevado a cabo en septiembre el 2013.

Numerosas especies de aves vistosas, como los tucanes (Ramphastidae), motmots (Momotidae), trogones (Trogonidae), cardenales (Fringillidae) y loros (Psittacidae). Asi como, pavos ocelados (Meleagris ocellata Cuvier, 1820), chachalacas (cracideae), pajuiles o faisanes (Crax rubra Linnaeus, 1758), entre otras..

Se han documentado mas de 40 especies de mamiferos, las mas importantes son: monos araña (Ateles geoffroyi) y aulladores (Alouatta pigra); jaguar (Panthera onca,) puma (Puma concolor Linnaeus, 1771), armadillo (Dasypus novemcinctus Lunnaeus, 1758), margay (Leopardus wiedii Schinz, 1821), ocelote

El parque cuenta con 37,160 hectáreas de bosque tropical húmedo con una variedad de especies como Brosimum alicastrum), pimienta de Jamaica (Pimenta dioca), zapote (Manilkara achras), caoba (Swietenia macrophylla), guano (Sabal Mexicana), escobo (Cryosophila argentea), corozo (Oribygnia cohune) entre otros.

El Parque también cuenta con una gran diversidad de flores, con 338 especies conocidas, 42 de ellas de la familia de las orquídeas. Una de las especies más importantes de esta selva es el carnero (Brosimum alicastrum). Este árbol fue una vez el alimento básico de los mayas y hoy se utiliza como sustituto de la carne y el maíz en las comunidades rurales. La semilla del árbol contiene más proteínas que el maíz, más fibra y hierro que la avena, más potasio que la soja y medio gramo más de grasa que el trigo. A pesar de todos los beneficios de este árbol, se encuentra en peligro de extinción debido a la tala acelerada de los bosques en Petén.

La vegetacion predominante segun Villar (1998) corresponde al Bioma de Selva Tropical Humeda y es de hoja ancha, poco intervenida y de facil recuperacion. Segun el sistema de holdridge, corresponde a la Zona de Vide Bosque Humedo Sub-tropical calido (De la Cruz, 1981; MAGA, 2002; CONAP, 2006). En general, la vegetacion corresponde a bosque latifoliado y bosque bajo hidrofitico temporal de selva subdecidua. En la Guia Floristica del area de Naranjo el World Monuments Fund (WMF) et al. (2010), reportaron una riqueza que asciende a 338 especies conocidas, de las cuales 99 presentan habito arboreo, tipico de una selva, 58 especies son arbustos, 75 son hierbas, 27 son lianas (bejucos), 76 presentan habito epifito (un buen indicador que la selva es humeda) dos especies son parasitas y una es saprofita.

Con relacion a la diversidad de plantas, las familias con mayor riqueza de especies son las orquidias (Orchidaceae) con 42 especies, la familia Asteraceae presenta 21 especies, Bromeliaceae 15 especies, Euphorbiaceae y Piperaceae 12 especies respectivamente; Arecaeae (palmas), Sapotaceae y Sapindaceae con 11 especies cada una y una familia muy importante y diversa dentro del sotobosque es la familia Rubiaceae con diez especies registradas.

Durante el diagnostico de campo realizado en 2013, la mayoria de las plantas colectadas en los senderos interpretativos corresponden a especies de uso comestible como el ramon (Brosimum alicastrum Sw.), medicinal como el ixcanan o hierva del cancer (Hamelia patens Jacq.), o de uso ritual como el copal (Protium) copal (Schltdl. & Cham)) Engl; ademas, se identifican otras especies como el chacaj (Bursera simaruba L.), chico zapote (Manilkara zapota (L.) P. Royen.), pimienta (Pimienta dioica) (L.) Merr.), cedro (Cedrela odorata L.) y jocote jobo (Spondias mombin L.).

En los sitios que rodean el complejo arqueologico la dominancia es de arboles, arbustos y subarbustos, dejando muy poco sotobosque o siendo este de plantulas que no presentan floracion. La especie que se encuentra ampliamente distribuida es el guarumo (Cecropia peltata L.), especie que se encuentra asociada a una sucesion vegetal con pertubacion humana (Avila, 2004). Tambien hay una gran variedad de palmas.