La vegetación dominante corresponde al monte mediterráneo, con extensos encinares y alcornocales, acompañados por madroños, brezos, coscojas, durillos o lentiscos. En las zonas más húmedas o de umbría aparecen bosques de quejigos y rebollos, mientras que en los cursos fluviales se desarrollan bosques de ribera con fresnos, sauces o alisos.

En algunos enclaves singulares se conservan incluso especies relictas de climas antiguos, como el tejo, el acebo o el abedul, así como turberas y trampales donde crecen plantas especializadas adaptadas a suelos húmedos.

La fauna de los Montes de Toledo es igualmente destacada. Este territorio alberga algunas de las poblaciones más importantes de aves rapaces del centro de la península, como el buitre negro, el águila imperial ibérica, el águila real o el halcón peregrino. También es hábitat para especies emblemáticas como la cigüeña negra, el elanio azul o el búho real.

Entre los mamíferos destacan la nutria y el lince ibérico, además de numerosas especies de murciélagos, mustélidos y ungulados.