阿寒摩周國家公園的廣闊森林、湖泊和山脈是其生態系統的基礎，也是各種動植物的棲息地。
雌阿寒岳和雄阿寒岳底部的混合森林由針葉樹和闊葉樹構成，其中包括庫頁冷杉、魚鱗雲杉、岳樺、桂樹和赤蝦夷松。阿寒湖中生長著稀有的毬藻，而含硫的硫磺山 (Atosa-Nupuri) 附近則生長著大量磯杜鵑。
公園內棲息著許多動物，包括梅花鹿、棕熊、赤狐、日本黑貂和許多鳥類。針葉林中生活著戴菊、煤山雀、黑啄木鳥和大斑啄木鳥等鳥類，而大蒼鷺和各種鴨子則棲息在湖泊和水庫周圍。冬季時，遊客可在屈斜路湖中看到黃嘴天鵝等候鳥，而在公園內的湖泊和池塘周圍也可以看到白尾海鵰。
毬藻是一種淡水綠藻物種，通常生長在北海道和本州的許多湖泊中。因其美麗的球形外表，生長在阿寒湖中的毬藻被指定為國家特別天然紀念物。阿寒湖的圓形毬藻僅在特定的生態條件下長成，要求在陽光、乾淨的海水、風力和波浪動量這些因素之間取得精確平衡。據報導，毬藻直徑最大可達 30 公分。
磯杜鵑（學名：Ledum palustre var. diversipilosum）是杜鵑花屬的親緣物種，具有耐寒特性，可於北海道以及本州的亞高山和高山地區發現其蹤影。這種植物通常生長在布滿岩石的斜坡和濕地上。有別於其他植物，它可以在瀰漫著火山氣體的地方生存。在 6 月至 7 月期間，由於火山噴氣孔（在火山周圍釋放含硫氣體的排氣口）的影響，磯杜鵑會在硫磺山附近大量開花。
雌阿寒金梅（學名：Potentilla miyabei Makino）是一種稀有的高山植物，通常生長在雌阿寒岳的向陽坡上，花期在 8 月。它是北海道的特有種，最早發現於雌阿寒岳，但現在則於阿寒、知床和大雪山的其他高山地區大量生長。金梅意為「金色的梅子」(gold plum)，是指植物的黃色花朵外觀像梅花。雌阿寒金梅為瀕危物種之一。
赤狐生活在阿寒摩周國家公園的各個地區，在北海道的其他地區和北半球都能見到其蹤跡。生長在北海道的赤狐體型通常比生長在日本主島本州的赤狐要大。
阿寒摩周國家公園的森林地帶是梅花鹿的重要棲息地。北海道梅花鹿的體型為全日本最大；在秋季，雄鹿體重可達 200 公斤以上，鹿角長度可以超過 90 公分。幾個世紀以來，居住在北海道的原住民愛努族人一直將這種動物作為主要食物來源。
