Existen distintos tipos de comunidades vegetales en los múltiples hábitats del parque. La vegetación marismeña está constituida por grandes praderas de hierba marina que se sitúan en los canales inundados permanentemente; lo principal de su vegetación se compone de porte arbustivo o de matorral, representadas en Santoña por más de 20 especies. En el borde de las marismas, se encuentran en muchas zonas juncales, cañaverales y carrizales.
La vegetación dunar está presente en el parque natural, representada en hasta cuatro zonas dunares. En los farallones y roquedos del monte Buciero se encuentra una especializada vegetación de cantil. Entre la vegetación forestal destacan los encinares cantábricos de Quercus ilex, en los que la encina va acompañada de laurel, madroño, acebo.
Existe una amplia representación de biodiversidad tanto en cuanto a la fauna bentónica de los humedales, así como en los peces que pueblan el estuario del Asón y las marismas. Entre los anfibios, hay hasta 10 especies identificadas y 12 especies de reptiles. Pero la importancia del Parque radica en las 121 especies de aves ligadas al medio acúatico que se han observado en el mismo. Por último, le indicamos que en los pastizales y bosques del parque se han catalogado hasta 33 especies de mamíferos