公园地处阿尔泰山脉中段，其山地植被垂直带发育完整，植被类型多样，可分为山地针叶林、山地落叶阔叶林、草甸、高山植被、湿生植被、沼泽植被、灌丛植被7个类型。每个植被类型又由多种植物群系所组成。如西伯利亚落叶松群系、新疆云杉群系、新疆冷杉群系组成山地针叶林；疣枝桦群系、小叶桦群系、柳树群系、欧洲山杨群系组成山地落叶阔叶林；西伯利亚刺柏群系、阿尔泰方枝柏群系、圆叶桦群系、蔷薇群系、绣线菊群系、兔儿条群系、灌木柳群系、沼泽桦群系等组成灌丛植被；高山草甸、亚高山草甸、中山草甸则组成草甸植被。植物种数超过1400种。记录植物中，蕨类植物7科8属19种；裸子植物3科4属9种；被子植物中，双子叶植物58科312属782种，占总数的80.84%；单子叶植物13科61属157种，占总数的16.25%。其中，中国新记录1种，新变种5种，阿尔泰山特有种20种。公园内真菌种类同样繁多，属于担子菌门的有64属143种，隶属于子囊菌门的有5属8种，共有69属143种，其中新疆新纪录种3个，中国新纪录种2个。现知地衣205种，苔藓植物193种。
公园内野生动物资源也很丰富，共有兽类54种，分录6目18科。两栖爬行动物有：新疆岩蜥、旱地沙蜥、胎生蜥蜴、白条锦蛇、极北蝰、中介蝮、绿蟾蜍等。其中属于国家I级保护的珍惜动物有紫貂、狼獾、雪豹、北山羊、河狸5种；属国家II级保护的有豺、棕熊、石貂、水獭、草原斑猫、猞猁、原麝、马鹿、盘羊、雪兔10种，列入《中国濒危动物白皮书》的有17种，主要有紫貂、狼獾、雪豹、野猪、北山羊、河狸、棕熊、石貂、水獭、草原斑猫、猞猁、原麝、盘羊等。被《世界自然保护联盟红皮书》（IUCN）列为濒危（EN）等级的有雪豹，被收录在《濒临绝种野生动植物国际贸易公约》（CITES）附表I中的有雪豹、棕熊。公园内鸟类资源是新疆最为丰富的地区之一，约有251种鸟类。隶属于18目，47科，140属。特殊种类如斑脸海番鸭、北极潜鸟、鬼鸮、中杜鹃、鸲蝗莺、芦苇莺和北噪鸦等。具有比较特殊价值的鸟类有：鸬鹚、黑鹳、灰雁、大天鹅、赤麻鸭、普通秋沙鸭、鸢、棕尾獭、大獭、金雕、玉带海雕、胡兀鹫、鹗、白尾鹞、猎隼、花尾榛鸡、鹌鹑、灰鹤、蓑羽鹤、大白鹭、黑腹沙鸡、杜鹃、雕鸮、长耳鸮、戴胜、白腰雨燕、黑啄木鸟、红背伯劳、灰伯劳、椋鸟、河乌、歌鸲、红尾鸲、田鸫、攀雀等。公园内共有两栖、爬行类2目，7科，11种。共有鱼类8种，分别是哲罗鲑、细鳞鱼、北极茴鱼、江鳕、阿勒泰真鱥、阿尔泰杜父鱼、尖鳍鮈和北方花鳅。