Przyroda parku jest typowa dla dużych dolin rzecznych. Stwierdzono tu występowanie 16 siedlisk przyrodniczych z załącznika I dyrektywy siedliskowej, w tym trzech priorytetowych. Są to: zalewane muliste brzegi rzek, ciepłolubne, śródlądowe murawy napiaskowe, ziołorośla górskie i ziołorośla nadrzeczne, łąki selernicowe, niżowe i górskie świeże łąki użytkowane ekstensywnie, grąd środkowoeuropejski i subkontynentalny, pomorski kwaśny las brzozowo-dębowy, łęgi wierzbowe, topolowe, olszowe i jesionowe, olsy źródliskowe, łęgowe lasy dębowo-wiązowo-jesionowe. Jednym z najbardziej charakterystycznych i szczególnie licznie występujących siedlisk są starorzecza i naturalne eutroficzne zbiorniki wodne ze zbiorowiskami grążeli żółtych, grzybieni białych oraz różnych gatunków rdestnic.

Flora parku liczy 730 roślin naczyniowych. Do najcenniejszych gatunków należą: fiołek mokradłowy, goryczka wąskolistna, goździk pyszny, goździk siny, groszek błotny, kosaciec syberyjski, kruszczyk błotny, nasięźrzał pospolity, selernica żyłkowana i starodub łąkowy.

Spośród rzadkich zwierząt występujących na opisywanym terenie większość to gatunki związane ze środowiskiem wodno-błotnym oraz ze starymi, zamierającymi dębami. Odnotowano tu do tej pory 288 gatunków chrząszczy, w tym 15 gatunków chronionych. Wśród nich na szczególną uwagę zasługują: kozioróg dębosz (jedna z największych w Polsce populacji tego gatunku), pachnica dębowa, kwietnica okazała oraz tęgosz rdzawy. Bogata jest ichtiofauna wód parku. Spośród chronionych gatunków występuje tu m.in. piskorz, koza i różanka. Liczne zbiorniki wodne i tereny podmokłe sprzyjają obecności 11 gatunków płazów, w tym kumaka nizinnego i traszki grzebieniastej. Gady reprezentowane są przez 4 gatunki, natomiast zróżnicowanie siedlisk wpływa na znaczną różnorodność gatunkową awifauny parku. Dotychczas odnotowano tu ponad 220 gatunki ptaków. Na szczególną uwagę zasługują: dzięcioł średni, dzięcioł zielony, krętogłów, dudek, bocian czarny i rybitwa czarna. Spotkać tu można także rzadkie ptaki szponiaste, między innymi kanię czarną i rudą oraz bielika. Ssaki reprezentowane są przez około 40 gatunków, w tym 12 gatunków objętych ochroną ścisłą i 5 objętych ochroną częściową. Na szczególną uwagę zasługują sztandarowe dla parku gatunki, ściśle związane z dolinami rzecznymi – bóbr europejski i wydra europejska. Gatunki te znajdują się także w załączniku II dyrektywy siedliskowej. Ślady ich obecności można znaleźć na całym obszarze nadwarciańskich łęgów.

Największym zagrożeniem dla przyrody tego terenu jest zaburzenie naturalnego reżimu przepływów Warty. Brak corocznych wiosennych wezbrań oraz późnoletnich i jesiennych niżówek wpływa negatywnie na siedliska i gatunki związane z doliną rzeki. Negatywny wpływ na walory parku ma silna penetracja terenu przez wędkarzy, coraz częściej odnotowuje się niszczenie terenu przez quady czy motocykle terenowe. Ponadto zagrożeniem dla tego obszaru jest bliskość Poznania i innych większych miejscowości, takich jak: Mosina, Śrem, Puszczykowo i związany z tym rozwój budownictwa mieszkalnego.

Rezerwaty przyrody:

• Goździk Siny w Grzybnie (rezerwat florystyczny utworzony w 1964 roku, powierzchnia: 16,6 ha) – rezerwat chroni stanowisko goździka sinego narażonego na wyginięcie w Wielkopolsce. Roślina występuje tu na północnej granicy zasięgu. Rośnie w runie ponad stuletniego boru sosnowego, na glebach bielicowych.
• Krajkowo (rezerwat krajobrazowy utworzony w 1958 roku, powierzchnia: 162,53 ha) – rezerwat utworzono w celu ochrony fragmentu terasy zalewowej doliny Warty o dużych walorach krajobrazowych. Występują tu liczne starorzecza, mokradła, łąki oraz lasy, zwłaszcza łęgowe.