Khu dự trữ thiên nhiên (DTTN) Thần Sa - Phượng Hoàng được đánh giá là vùng có các loài động vật, thực vật phong phú với hệ sinh thái rừng núi đá vôi rất đặc trưng, có giá trị bảo tồn cao. Về thực vật có 6 kiểu thảm thực vật, 1.234 loài thực vật thuộc 660 chi, 171 họ, 5 ngành và 02 lớp thực vật, trong đó ghi nhận 56 loài trong sách đỏ Việt Nam và thế giới thuộc đối tượng cần phải bảo tồn. Về động vật có 346 loài, 89 họ, 25 bộ, trong đó có 60 loài nguy cấp, quý hiếm cần được bảo tồn.