Sierra Nevada posee una enorme biodiversidad, tanto de fauna como de flora. Alberga el mayor número de endemismos vegetales de Europa y de toda la región mediterránea, erigiéndose de este modo, en uno de los enclaves mundiales de mayor diversidad biológica. Acoge casi el 30% de la flora de la España peninsular en el 0.4 de su territorio, y el 7% de la flora de la región mediterránea en una extensión que es inferior al 0.01% de la misma. En determinados nichos ecológicos, como cascajares, tajos y roquedos, el porcentaje de endemismos se eleva hasta un 80%.
Con una flora estratificada en altitud, predominando el bosque mediterráneo de alta montaña, Sierra Nevada alberga más de 2.100 especies catalogadas de las 8.000 de toda la Península; 175 endemismos ibéricos y 65 especies autóctonas de Sierra Nevada, la mayoría de ellas en cotas de alta montaña, como la estrella de las nieves, la amapola, la violeta y la manzanilla de Sierra Nevada.
Los orígenes de esta rica vegetación se remontan a las glaciaciones del Cuaternario, cuando la vegetación europea se retiró a latitudes más bajas, llegando a Sierra Nevada especies del norte del continente. Más adelante, por el aislamiento de la zona, surgieron nuevas especies que incrementaron el número de endemismos.
La elevada tipología de ecosistemas presentes en Sierra Nevada permite la existencia de una rica y variada fauna. Los bosques son el hábitat de aves, mamíferos carnívoros y reptiles. Destaca la cabra montés que tiene en esta sierra la mayor población mundial. En zonas húmedas, varias especies de anfibios, y trucha común en los ríos. Pero los verdaderos protagonistas de la fauna nevadense son los invertebrados, de los que un centenar son endémicos, aunque esta cifra no para de aumentar. En el año 2002 Sierra Nevada fue elegida zona Z.E.P.A, por su importancia como lugar de invernada y descanso para las aves migratorias.
En Sierra Nevada existen más de 60 especies de aves y unos 80 insectos endémicos. En cotas de alta montaña, el reino de la cabra montés, habitan comadrejas, topillos comunes y nivales. Pueden contemplarse aves como el buitre leonado, el acentor alpino o el colirrojo tizón. En los escarpes habita la chova pitirroja, mientras que los peñones y tajos son visitados por la majestuosa águila real para cazar. Zorros, comadrejas y animales nocturnos como el tejón o la gineta pueblan la media montaña.
Allí levantan el vuelo el carbonero garrapinos, el herrerillo común o el arrendajo, y en primavera el reyezuelo, las currucas y el pinzón vulgar. Sin olvidar reptiles como la culebra de escalera o el lagarto ocelado.