Jak na teren typowo rolniczy świat przyrody ożywionej parku jest dość bogaty. Rośliny tworzą tu ponad 100 zespołów roślinnych, w tym 19 zagrożonych (na przykład zespół okrężnicy bagiennej, zespół „lilii wodnych” – grzybieni białych i grążela żółtego, czy zespół żabiścieku pływającego). W dolinie Głównej stwierdzono rzadko spotykany szuwar turzycy dwustronnej. Siedliska przyrodnicze o znaczeniu wspólnotowym to: naturalne eutroficzne zbiorniki wodne, ziołorośla nadrzeczne, łęgowe lasy dębowo-wiązowo-jesionowe, grąd środkowoeuropejski, łęg jesionowy, niżowe świeże łąki ekstensywne, wydmy śródlądowe z murawami napiaskowymi, ciepłolubne, śródlądowe murawy napiaskowe i murawy kserotermiczne (ze stanowiskami posłonka kutnerowatego i sasanki łąkowej).

Florę tworzy ponad 600 gatunków roślin naczyniowych, w tym 12 ściśle chronionych (między innymi storczyki – stoplamek krwisty, stoplamek szerokolistny oraz kruszczyk błotny). W zbiorowiskach leśnych obecna jest przylaszczka pospolita, śnieżyca przebiśnieg czy lilia złotogłów. Gatunki pod ochroną częściową to między innymi kopytnik pospolity, konwalia majowa, kocanki piaskowe, grążel żółty czy grzybienie białe. W parku występuje też 15 roślin rzadkich i zagrożonych w Wielkopolsce, w tym czerniec gronkowy, groszek błotny, selernica żyłkowana albo czyściec prosty. Najcenniejsze osobniki drzew, głównie dębów i lip, ale także wiązów, topól, buków i innych gatunków objęto ochroną w formie pomników przyrody, których na terenie parku ustanowiono około 50.

Gromada owadów najlepiej rozpoznana została w zakresie dzikich pszczołowatych, dla których ważnym siedliskiem występowania są zabudowania Wielkopolskiego Parku Etnograficznego w Dziekanowicach. Jeden z obiektów w skansenie – karczma z Sokołowa Budzyńskiego, uznany został nieformalnie pomnikiem architektoniczno-przyrodniczym z uwagi na liczną grupę błonkówek zasiedlających gliniane ściany i strzechę tego budynku.

Fauna ryb parku reprezentowana jest przez 24 gatunki, w tym dwa (różankę i kozę) z załącznika II dyrektywy siedliskowej. Najbardziej rozbudowana jest ichtiofauna jeziora Lednica, w którym do niedawna występowały także sieja i sielawa. Listę płazów tworzą: grzebiuszka ziemna, kumak nizinny, ropucha szara, ropucha zielona, traszka zwyczajna i cztery gatunki żab. Spośród gadów najliczniej obserwuje się zaskrońca zwyczajnego, jaszczurkę zwinkę, rzadziej padalca i jaszczurkę żyworodną. W parku stwierdzono 158 gatunków ptaków, w tym 111 lęgowych. Największe skupienie awifauny wodno-błotnej związane jest z jeziorem Lednica. Gniazdują tam na przykład błotniak stawowy, bąk, bączek, wąsatka, derkacz, remiz, gęgawa i łyska. W szuwarze jeziora liczne gniazda zakładają trzcinniczki, trzciniaki, potrzosy i rokitniczki. Jezioro jest też żerowiskiem gniazdującego w parku bielika. Tereny podmokłe w obrębie kompleksów leśnych to lęgowiska żurawia. Poza tym tereny leśne są siedliskiem licznie występującego dzięcioła średniego, obecny jest także dzięcioł czarny. W krajobrazie otwartym występują ortolany, potrzeszcze, dzierlatki, gąsiorki i przepiórki. Duże ssaki to jeleń, dzik i sarna oraz daniel, mniejsze – bóbr, borsuk, lis, wydra i zając. Na terenie parku stwierdzono dotąd sześć gatunków nietoperzy, w tym nocka rudego, mroczka późnego, borowca wielkiego czy karlika większego.

Najistotniejszym czynnikiem zagrażającym walorom krajobrazowym parku jest intensywny rozwój urbanistyczny. Linia jeziora Lednica podlega silnym przekształceniom dla potrzeb różnych form rekreacji. Niepokojące jest upraszczanie struktury przestrzennej użytków rolnych, związane z eliminacją drobnych oczek wodnych i zadrzewień oraz likwidacją mozaiki samych użytków. Różnorodność biologiczna zagrożona jest przez upraszczanie składu zbiorowisk roślinnych – głównie na skutek wzmożonej eutrofizacji. Podobnie jak w całym regionie notuje się tutaj problemy związane ze spadkiem poziomu wód gruntowych.