Flora
Heute ist ein Großteil des Kyffhäusers bewaldet. Im Nord- und Zentralteil ist dabei die Rotbuche vorherrschend. An den Süd- und Südwesthängen tritt die Buche durch die Luft- und Bodentrockenheit zurück und wird z.B. durch Stiel- und Traubeneiche, Hainbuche oder Winterlinde ersetzt.

An den großflächig unbewaldeten Süd- und Südwesthängen treten extrem trockenwarme Magerrasen auf, die von wärmeliebenden Gebüschen wie Schlehe, Hundsrose und Weißdorn durchsetzt sind. Ebenso finden hier zahlreiche seltene Pflanzen süd- und südosteuropäischer Herkunft günstige Lebensbedingungen und haben hier ihre nördliche, bzw. nordwestliche Verbreitungsgrenze. Aus dem ost- und südosteuropäischen Raum treffen wir auf Frühlings-Adonisröschen, Ebensträußiges Gipskraut, Violette Schwarzwurzel, Stengelloser und Dänischer Tragant und Federgras. Aus dem Mittelmeerraum stammen Edel- und Berggamander, Heideröschen und Blaugras. Außerdem treffen wir an den Kyffhäusersüdhängen auf verschiedene z.T. seltene Sommerwurzarten.
In der Region sind 16 verschiedene Orchideenarten beheimatet.

Insgesamt sind im Kyffhäusergebirge über 100 Pflanzenarten heimisch, die in der Thüringer Roten Liste der gefährdeten Farn- und Blütenpflanzen aufgeführt sind und 6 Blütenpflanzenarten, die in Thüringen sonst als verschollen gelten. 47 der hier heimischen Blütenpflanzenarten haben im Kyffhäusergebirge ihre nördlichste und westlichste Verbreitungsgrenze.

Fauna
Heimische Säuger sind z.B. Rothirsch, Damhirsch, Reh, Wildschwein und Mufflon. Die vom Aussterben bedrohte Wildkatze hat hier einen stabilen Bestand. Waschbär und Marderhund sind durch Neubesiedlung in der Region anzutreffen. 15 Fledermausarten wurden hier nachgewiesen, wobei das Kyffhäusergebirge das nördlichste Verbreitungsgebiet der Kleinen Hufeisennase und der Nymphenfledermaus ist.
Weiterhin wurden in der Region 244 Vogelarten nachgewiesen, von denen hier über 100 Arten brüten. Die Kriechtiere sind am Kyffhäuser z.B. durch Glattnatter, Blindschleiche, Schlingnatter, Zauneidechse und Kreuzotter vertreten.
Die Insektenwelt selbst ist arten- und individuenreich. Einige hier nachgewiesene Kleinschmetterlinge treten in Mitteleuropa nur am Kyffhäusersüdhang auf. Zahlreiche der im Kyffhäusergebirge vorkommenden Großschmetterlinge haben hier ihre nördliche Verbreitungsgrenze (Aschgrauer Steinspanner, Graublauer Bläuling, Esparsettenbläuling, Roter Würfelfalter,...).
Der steppenbewohnende Zwerg-Grashüpfer hat an den Kyffhäusersüdhängen sein einziges Verbreitungsgebiet in Deutschland. Als Vertreter der Spinnentiere wird besonders auf die gefährdete und im Mittelmeerraum beheimatete Röhrenspinne verwiesen, die alle extremen Wärmestandorte am Südkyffhäuser besiedelt.
Weiterhin treten an den Südhängen u.a. seltene Fächerkäfer, Pillenwälzer, Rüsselkäfer, Spanische Fliege und Bergzikade auf.