Come in quasi tutte le isole dell’Arcipelago, la vegetazione era costituita anticamente  da Leccete, che ricoprivano quasi tutta l’isola. Fino dall’antichità lo sviluppo dell’agricoltura, l’allevamento e gli incendi hanno alterato l’ambiente naturale e provocato la scomparsa di gran parte di questa vegetazione che oggi, con il passaggio da un’ economia agricola al turismo, si sta lentamente ricostituendo.

L’antica vegetazione che dominava l’isola, caratterizzata da macchia mediterranea di Lecci, con Erica e Corbezzolo, Caprifoglio (Lonicera inflexa), Strappabrache (Smilax aspera), Robbia (Rubia peregrino) Ciclamini (Cyclamen repandum e Cyclatnen neapolitanum), si trova ancora sul Promontorio del Franco, sul versante est di Poggio del Castello e nella Vallata del Molino.

La maggior parte del Giglio è  oggi ricoperta da una macchia composta da differenti specie di Cisto, Erica e grandi Corbezzoli .

Negli anni ’50 le pendici del Poggio della Pagana sono state rimboschite  con Pini domestici e marittimi.

Molti terrazzamenti sono ancora coltivati a vigneto e producono il famoso Ansonica del Giglio.  I terrazzamenti, costruiti con muri a secco ( detti “ greppe” ) di piccoli blocchi di granito, sono veri e propri monumenti alla fatica ed all’ingegno umano, tanto che l’Unesco li ha inseriti tra i beni dell’Umanità.

I terrazzamenti abbandonati vengono lentamente colonizzati da una bassa gariga ad Elicriso e successivamente di Cisto.

La fauna terrestre dell’isola non presenta grande varietà, limitandosi al Coniglio selvatico, alla Crocidura minore,  al Topo selvatico ed al Muflone, importato di recente.

Sono invece ben rappresentate le specie di Pipistrelli: Molosso di Cestoni, Miniottero di Schreiber, Pipistrello nano, Pipistrello albolimbato, Nottola gigante, Pipistrello di Savi, Serotino comune, Rinofolo minore, Orecchione bruno e probabilmente l’Orecchione grigio 

Di notevole interesse l’avifauna nidificante e svernante, tra queste sono da segnalare: Berta maggiore e minore, Cormorano, Albanella reale, Poiana, Gheppio e Falco pellegrino, Gabbiano corso e reale,  Beccapesci, Piccione selvatico, Tortora, Barbagianni, Assiolo, Civetta, Succiacapre, Rondone pallido, Passera scopaiola, Sordone, Codirosso spazzacamino, Passero solitario, Monachella, Magnanina, Corvo imperiale, Zigolo nero. 

La fauna ittica è quella tipica del Tirreno, con ancora una popolazione ben conservata di Pinna nobilis (la grande Nacchera) qualche Cernia scampata alla pesca subacquea, Dentici, Saraghi, Ricciole e numerosi e multicolori Labridi.