Vườn Quốc gia Hoàng Liên chủ yếu là rừng nguyên sinh với một thảm thực vật rừng kín thường xanh á nhiệt đới núi cao và một hệ động vật rừng phong phú, đa dạng.
Về hệ thực vật rừng, nơi đây có khoảng hơn 2.000 loài với các loại cây gỗ điển hình như: tống quán sủ, bồ đề, đỗ quyên, pơ-mu, mận rừng..., trong đó có khoảng 66 loài ghi trong sách đỏ Việt Nam như: bách xanh, thiết sam, thông tre, thông đỏ, đinh tùng, dẻ tùng..., 32 loài quý hiếm như: Loài bách xanh phân bố tại vùng núi đá vôi xã Bản Hồ (Sa Pa), loài thông đỏ được tìm thấy tại xã Sa Pả (Sa Pa), loài Vân Sam Hoàng Liên - Sam lạnh) phân bố trong vùng lõi vườn quốc gia (ba loài cây này là những nguyên liệu chính dùng để chiết xuất ra nhiều loại thuốc chữa bệnh quý hiếm) và hàng trăm loài thảo dược như: quy, thục, đỗ trọng, hoàng liên chân chim, đỗ quyên, kim giao... Ngoài ra, tại đây người ta còn tìm thấy loài nấm cổ linh chi, nứa Sa Pa - phân bố chủ yếu ở vùng rừng núi cao của Trung Quốc và Việt Nam.
Bên cạnh một hệ thực vật rừng phong phú, hệ động vật rừng cũng rất đa dạng với 66 loài thú, phổ biến là: vượn đen tuyền, hồng hoàng, cheo cheo, voọc bạc má..., trong đó có 16 loài nằm trong sách đỏ Việt Nam; 347 loài chim như đại bàng đốm to, trĩ mào đỏ, chim hét mỏ vàng...; 41 loài lưỡng cư và 61 loài bò sát, trong đó, có loài ếch gai rất hiếm ở Việt nam vừa mới được phát hiện.
          

Với hệ sinh thái rừng phong phú như vậy,Vườn Quốc gia Hoàng Liên được đánh giá là một trong những trung tâm đa dạng sinh học bậc nhất nước ta. Đặc biệt, nơi đây còn bảo tồn, lưu giữ nhiều nét đẹp văn hóa truyền thống của cộng đồng các dân tộc sống trong vùng lõi và vùng đệm của Vườn Quốc gia; đó là các hoạt động ca múa nhạc của người Mông, Dao,Giáy với những nhạc cụ như: khèn, sáo, kèn, đàn mô; các kiến trúc nhà ở của người dân tộc như: Người Mông ở trên cao, nền nhà thường thấp hơn và kín gió, nguyên liệu làm nhà chủ yếu bằng gỗ, nhà của người Tày ở vùng thấp nên thường là kiến trúc nhà sàn, mái lợp bằng cỏ tranh hay rơm rạ, ngày nay đã được thay bằng ngói.
Đến với Vườn Quốc gia Hoàng Liên, là du khách đến với môi trường du lịch sinh thái hấp dẫn. Tại đây; du khách sẽ cảm nhận được khoảnh khắc giao mùa xuân - hạ - thu - đông chỉ trong vòng 1 tiếng đồng hồ; được thấy những tia nắng xuyên qua từng tán lá rậm rạp, xuyên qua những làn sương mù chiếu xuống những thảm cỏ tranh tươi tốt; được ngắm nhìn những khóm trúc lùn đung đưa mỗi khi có những cơn gió tràn qua... tất cả đều để lại ấn tượng sâu sắc trong lòng du khách, nhưng có lẽ ấn tượng nhất vẫn là cảm giác được ngủ lại qua đêm trên lưng chừng núi để hòa mình vào thiên nhiên hùng vĩ của dãy Hoàng Liên Sơn, nghe tiếng suối chảy róc rách, tiếng thác chảy ào ào... và trong không gian bao la, rộng lớn này, du khách thấy mình thật nhỏ bé. Bên cạnh đó, du khách cũng có thể tham gia chương trình du lịch bản làng: đến và nghỉ luôn tại nhà của người dân tộc, du khách sẽ cùng chủ nhà làm những công việc trong gia đình, buổi tối tập trung tại nhà văn hóa cộng đồng để giao lưu văn hóa - văn nghệ. Du khách cũng có thể cùng người dân nơi đây chơi các môn thể thao truyền thống như: đẩy gậy, bắn cung, kéo co, đi cà kheo… hay đi tham quan bản làng, cối giã gạo, các khu ruộng bậc thang, các nương chàm... của người dân tộc. Đặc biệt, nơi đây còn diễn ra Giải leo núi “Chinh phục đỉnh Phan Si Păng” với qui mô cấp quốc gia cho các vận động viên trong và ngoài nước. Việc tổ chức Giải nhằm mục đích giới thiệu đến bạn bè trong nước và quốc tế về dãy núi Hoàng Liên Sơn có đỉnh Phan Si Păng - nóc nhà Đông Dương, giới thiệu về Khu du lịch Sa Pa và Vườn Quốc gia Hoàng Liên - Vườn di sản ASEAN.