知床國家公園的火山、海岸、及湖泊為許多稀有瀕危物種提供了適宜的生存環境。
園區內棲息著許多哺乳動物，像是斑海豹、抹香鯨，以及日本最大的陸地動物棕熊。同時，此地區也吸引了大量鳥類，包括毛腿漁鴞、白尾海鵰及虎頭海鵰。
知床半島上覆蓋著古老的針葉林及闊葉林，還點綴著特有的知床紫羅蘭等高山植物。
植物
知床紫羅蘭
知床紫羅蘭（學名：Viola kitamiana）是一種分布在知床半島上的本土高山植物，擁有耐寒且離群的特性，生長在羅臼山及硫磺山山峰附近的砂礫土壤中，花期為每年的 6 月底至 7 月初。
知床紫羅蘭
針葉樹及闊葉樹
園區低海拔處的原始森林中混合生長著針葉樹與闊葉樹，像是庫頁冷杉、魚鱗雲杉、水楢及色木槭。偃松則生長在海拔較高的地方。
針葉樹
動物
虎頭海鵰
虎頭海鵰（學名：Haliaeetus pelagicus）是一種瀕危的猛禽。這種鳥類的翅膀上長著深棕色與白色相間的羽毛，牠們是世界上體型最大的猛禽之一。在每年 1 月至 2 月浮冰漂流期間，牠們便會飛來知床半島獵捕魚類。
虎頭海鵰
虎鯨
虎鯨是海豚家族中體型最大的成員。虎鯨的食物來源相當豐富，包含魚類、魷魚及鳥類，牠們擅長結成所謂的「小群」(pod) 集體狩獵。虎鯨通常會在每年 4 月底至 7 月初期間頻繁出沒於知床附近的沿岸海域。
虎鯨