Puebla de Don Fadrique cuenta con una importante riqueza de especies animales y vegetales, presentando una gran biodiversidad debido a la gran variedad de hábitats de los que dispone, podemos encontrar desde ecosistemas de alta montaña situados en los picos más altos, siendo el máximo exponente el Pico de La Sagra, con 2.383 metros de altitud sobre el nivel del mar, o el Calar con 1.865 m, hasta ecosistemas de estepa, pasando por riveras, cuevas, barrancos, etc.

Entre las especies animales destacan grandes mamíferos rumiantes como son el ciervo (Cervus elaphus), el gamo (Dama dama), la cabra montés (Capra pyrenaica), el muflón (Ovis orientalis musimon) y excepcionalmente en algunas fincas privadas encontramos arruís (Ammotragus lervia). Dentro de las especies carnívoras destacan el gato montés (Felis silvestris), el zorro (Vulpes vulpes), el tejón común (Meles meles), el jabalí (Sus scrofa), la gineta (Genetta genetta), entre otros. Existe una gran diversidad de aves con diferentes hábitos alimentarios, por su importancia conservacionista destacan importantes poblaciones de buitre leonado (Gyps fulvus), el águila real (Aquila chrysaetos) o de forma transitoria el quebrantahuesos (Gypaetus barbatus). También es de destacar la presencia de una población importante de cernícalo primilla (Falco naumanni) en los llanos del Campo de La Puebla. Es importante la biodiversidad de anfibios y reptiles que podemos encontrar, así destacan la tortuga mora (Testudo graeca), la víbora (Vipera latastei), la culebra de escalera (Rhinechis scalaris), el lagarto ocelado (Timon lepidus), etc., y entre los anfibios se encuentran la salamandra común (Salamandra salamandra), el sapo común (Bufo bufo), el sapo partero (Alytes obstetricans) y la rana común (Pelophylax perezi).

Entre las formaciones vegetales destacan extensos pinares de pino carrasco (Pinus halepensis) localizados en el Puerto del Pinar y en la Sierra del Calar, entre los que se encuentran restos de poblaciones originarias de caducifolios como arce (Hacer opalus granatense), quejigo (Quercus faginea), encinas (Quercus ilex ballota), coscoja (Quercus coccifera) o la jara pringosa (Cistus ladanifer). Aunque sin duda las asociaciones vegetales más importantes son los encinares salpicados de formaciones de plantas aromáticas como el romero (Rosmarinus officinalis), tomillo (Thymus vulgaris), mejorana (Thymus mastichina) o el espliego (Lavandula latifolia). Aunque menos frecuentes pero no menos importantes, encontramos asociaciones fitológicas de ribera, de alta montaña y de pradera, además de poblaciones relictas y de importancia geobotánica como las de tejo (Taxus bacata) del Puerto del Pinar.