- Qua các đợt điều tra, khảo sát của WWF-Đông Dương (1997) và Viện Điều tra Quy hoạch rừng (1999) đã ghi nhận hơn 830 loài thực vật bậc cao (trong đó: 23 loài đặc hữu của Việt Nam, 38 loài có tên trong Sách Đỏ Việt Nam). Hệ động vật cũng rất đa dạng gồm 53 loài thú, 183 loài chim, 44 loài bò sát, 21 loài lưỡng cư, 25 loài cá và nhiều loài động vật không xương sống (trong đó: 23 loài thú, 12 loài chim, 16 loài bò sát và 3 loài lưỡng cư có tên trong Sách Đỏ Việt Nam).
- Sự hiện diện của các loài đặc hữu đã làm tăng giá trị bảo tồn đa dạng sinh học của khu bảo tồn này. Đó là các loài: [[Chò Chỉ Lào]] (''Parashorea buchmanii)'' mới được ghi nhận, [[Chà vá chân đỏ|Voọc Chà vá chân nâu]] (''Pygathryx nemaeus''), [[Chà vá chân xám|Voọc Chà vá chân xám]] (''Pygathryx cinerea''), [[Mang Vũ Quang|Mang lớn]] (''Muntiacus vuquangensis''), [[Mang Trường Sơn|Mang Trường sơn]] (''Muntiacus truongsonensis'').
- Ngoài ra VQGVườn quốc gia Sông Thanh còn nằm trong ''"đơn vị bảo tồn Hổ"'' của thế giới và trong nước, cũng như các loài thú lớn khác và thuộc vùng sinh thái ưu tiên trong cảnh quan vùng Trung Trường sơn. Nếu được bảo vệ tốt, Khu VQG Sông Thanh có thể là nguồn để phục hồi các quần thể Hổ ở miền Trung Việt.
