Zemepisná poloha Vihorlatu je v rámci Slovenska ojedinelá a zaujímavá, leží na rozhraní panónskej a karpatskej flóry. V súčasnosti je známych približne 400 druhov húb, 60 lišajníkov, 110 machorastov a 600 druhov vyšších rastlín. Mimoriadnu pozornosť si zaslúžia na jar dubohrabiny v juhozápadnej časti územia CHKO s masovým výskytom chránenej bledule jarnej (Leucojum vernum subs. carpaticum). Jedná sa o najrozsiahlejšiu a najbohatšiu lokalitu je výskytu na našom území. Na miestnych rašeliniskách rastú vzácne druhy rastlín ako rosička okrúhlolistá (Drosera rodundifolia), plavúnec zaplavovaný (Lycopodiella inundata), páperník pošvatý (Eriophorum vaginatum) a iné. Vo Vihorlate nájdeme viacero zástupcov vzácnych druhov, ktoré sa vyskytujú len v rámci istého teritória. Jedným z najvzácnejších tunajšich endemitov je kostrava ovčia (Festuca ovina ssp. vihorlatica), ktorá rastie len na Sninskom kameni. Medzi ďalšie vzácne druhy Vihorlatu môžeme zaradiť mliečnik Sojakov (Tithymals sojakii), nevädza mäkká (Cyanus mollis), zubačka žliazkatá (Dentaria glandulosa) či kostihoj srdcovitý (Symphytum cordatum).
Druhovo pestrá je aj fauna na území CHKO Vihorlat. Podľa doterajších výsledkov sa tu vyskytuje viac ako 2000 druhov bezstavovcov , napr. fúzač alpský (Rosalia alpina), fúzač veľký (Cerambyx cerdo). Z obojživelníkov tu boli zistené okrem iných aj skokan hnedý (Rana temporaria), salamandra škvrnitá (Salamandra salamandra) a všetky štyri druhy u nás žijúcich mlokov. Z plazov je pre túto oblasť typická užovka stromová (Elaphne longissima), vzácne sa tu vyskytuje veternica severská (Vipera berus). Na území CHKO hniezdi okolo 100 druhov vtákov, vo vihorlatských bučinách môžeme zazrieť bociana čierneho (Ciconia nigra), sovu dlhochvostú (Strix uralensis). Z dravcov je najbežnejší myšiak lesný (Buteo buteo), ďalej tu hniezdia včelár lesný (Pernis apivorus), hadiar krátkoprstý (Circaetus galicus), orol krikľavý (Aquila pomarina). Husté lesy Vihorlatského pohoria obývajú aj šelmovité cicavce – vlk dravý (Canis lupus), mačka divá (Felis silvestris), rys ostrovid (Lynx lynx), kuna lesná (Martes martes) či medveď hnedý (Ursus arctos).