Vườn quốc gia Bến En là nơi chuyển tiếp giữa đồng bằng Thanh Hoá - Nghệ Tĩnh rộng lớn với núi cao Trường Sơn Bắc. Đặc điểm địa hình đã hình thành khu hệ động thực vật đa dạng và phong phú. Có thể xem đây là khu vực hiện hữu cho sự đặc thù của khu hệ động vật Bắc Trường Sơn.
1. Đa dạng hệ sinh thái
Đỉnh núi cao nhất tại Vườn quốc gia Bến En là 497 m so với mực nước biển, vì vậy theo tiêu chuẩn phân loại thảm thực vật thường được áp dụng trên thế giới cũng như tại Việt Nam thì thảm thực vật Bến En thuộc kiểu rừng nhiệt đới thường xanh đai thấp (UNESCO 1973; Trung 1978; Vidal 2000; Lan et al. 2006; WCMC 2004). Có 3 Hệ sinh thái chính là: Hệ sinh thái rừng nhiệt đới thường xanh trên núi đất, hệ sinh thái rừng thường xanh trên núi đá vôi và hệ sinh thái ao hồ . Ngoài ra trong khu vực Vườn quốc gia Bến En còn có một số hệ sinh thái phụ khác là hệ sinh thái đất nông nghiệp và hệ sinh thái rừng trồng.
Qua điều tra nghiên cứu trên các hệ sinh thái rừng, thảm thực vật Vườn quốc gia Bến En được phân thành các kiểu sau:
1.1. Rừng nhiệt đới thường xanh trên núi đá vôi.
Kiểu rừng này gồm 3 kiểu phụ tùy theo mức độ tác động của con người vào rừng.
- Kiểu rừng nhiệt đới thường xanh trên núi đá vôi ít bị tác động.
- Kiểu rừng thường xanh trên núi đá vôi bị tác động mạnh.
- Trảng cây bụi trên núi đá vôi.
Rừng nhiệt đới thường xanh trên núi đá vôi ít bị tác động
Rừng thường xanh trên núi đá vôi bị tác động mạnh
Trảng cây bụi trên núi đá vôi
1.2. Rừng nhiệt đới thường xanh trên núi đất.
Tương tự như kiểu rừng nhiệt đới thường xanh trên núi đá vôi, phân chia kiểu rừng này thành các kiểu phụ tùy theo mức độ tác động của con người vào rừng.
- Kiểu rừng nhiệt đới thường xanh trên núi đất ít bị tác động.
- Kiểu rừng nhiệt đới thường xanh trên núi đất bị tác động mạnh.
- Kiểu trảng cỏ cây bụi thường xanh trên núi đất.
- Kiểu rừng tre nứa xen với cây lá rộng.
- Kiểu rừng trồng.
- Đất nông nghiệp.
Rừng nhiệt đới thường xanh trên núi đất bị tác động mạnh
Rừng tre nứa xen với cây lá rộng
Kiểu rừng trồng Đất nông nghiệp.
1.3. Hệ sinh thái ao hồ
Vườn quốc gia Bến En có diện tích mặt hồ rộng lớn (2.484,4ha), tuy nhiên hệ sinh thái hồ nước ngọt này vẫn chưa được nghiên cứu một cách toàn diện. Việc nghiên cứu mới dừng lại ở việc thống kê thành phần loài cá, một số loài chim nước. Các loài thực vật sinh sống trong khu vực bán ngập, khu hệ tảo, nhuyễn thể ...vẫn chưa được nghiên cứu.
Trên khu vực lòng hồ xuất hiện loài thực vật xâm hại (Mai dương) với diện tích khoảng gần 300 ha ở những khu bán ngập nhưng vẫn chưa có biện pháp ngăn chặn và triệt tiêu.
Các hoạt động bảo tồn ở hệ sinh thái này mới dừng lại ở việc bảo vệ cấm đánh bắt các loài cá bản địa quý hiếm, nuôi trồng và đánh bắt một số loài cá thông thường.
2. Khu hệ thực vật.
Kết quả nghiên cứu năm 1997 - 2000 và nghiên cứu, điều tra bổ sung năm 2013 đã thống kê được ở Vườn quốc gia Bến En có 1.417 loài thuộc 712 chi, 191 họ, 76 bộ, 9 lớp và 6 ngành thực vật bậc cao có mạch. Trong đó 58 loài có trong danh lục đỏ IUCN 2013, 46 loài có tên trong sách đỏ Việt Nam năm 2007 và 10 loài có tên trong Nghị định 32/2006/NĐ-CP
Có 4 loài thực vật mới của Việt nam được phát hiện ở Bến En là: Xâm cánh Bến En (Glyptoetalum sclerocarpum (Kurz) M.A Lawson), Đậu khấu Bến En (Myristica yunanensis Y.H. Li), Găng Bến En (Timonius arborea Elmer) và một loài Gừng mới (D. benenica Q.B.Nguyen & Škorničk)
3. Khu hệ động vật.
Hệ động vật rừng ở Bến En rất phong phú và đa dạng. Kết quả điều tra năm 2013 thống kê được ở Bến En có 102 loài thú, 277 loài chim, 66 loài bò sát, 47 loài Lưỡng cư, 97 loài cá, 728 loài côn trùng và 213 loài động vật đáy và nổi.
Khu hệ động vật Bến En khá phong phú và đa dạng đặc trưng vùng địa lý động vật Trường Sơn Bắc và Tây Bắc. Ở Bến En có 56 loài động vật quí hiếm được ghi trong sách đỏ Việt Nam 2007, 433 loài trong danh lục IUCN 2013, 50 loài trong Nghị định 32/2006/NĐ-CP như: Vượn đen má trắng, Culy lớn, Culy nhỏ, Gà lôi, Gấu....