La vegetazione è costituita in prevalenza da macchia mediterranea, Erica scoparia e Corbezzolo con presenza di Cisti, Mirto, Lentisco, Ginepro e Rosmarino. Vicino al porto si trova una fustaia di Lecci e sulla sommità dell’isola si incontrano i Pini d’Aleppo. A Gorgona insiste anche una popolazione di specie arboree tipiche dei climi freddi ed umidi, come l’Orniello, l’Ontano nero, l’Olmo e il Castagno e di piante di origine alpina come la Crocifera ( Cardamine asarifolia) Tra i fiori è da segnalare la Spiranthes spiralis, una delle sei specie di Orchidee presenti sull’isola.
Il paesaggio agricolo è in parte ancora mantenuto dai detenuti a bassa pericolosità della Colonia Penale presente sull’isola. Nel passato a Gorgona i detenuti svolgevano un’intensa attività agricola: nel 1875 erano stati piantati 260.000 vitigni e si produceva un ottimo vino, c’erano orti e frutteti, piantagioni di Lino e oliveti e si allevavano polli, api, ovini, suini e bovini. Il progressivo e costante abbandono delle produzioni, a partire dagli anni Cinquanta, è stato causato dalla diminuzione dei detenuti che dal tetto massimo di 300 si sono progressivamente ridotti sino a giungere nel 1977 a sole 12 presenze. Negli anni più recenti il  numero dei detenuti è stato reintegrato ed il carcere trasformato in una struttura modello che persegue la riabilitazione attraverso il lavoro agricolo ed il supporto al turismo.

La fauna di Gorgona è quella  tipica dell’ Arcipelago Toscano, con abbondanza di Conigli selvatici e numerose specie di uccelli di passo.  Sono segnalati alcuni endemismi esclusivi dell’isola quali la Lucertola di Gorgona ( Pordacis muralis vinciguerra) che non tutti gli studiosi riconoscono come sottospecie, vari Molluschi terrestri ed Insetti. La fauna ittica è abbondante, grazie alla protezione indiretta offerta dalla presenza  dei divieti della Colonia penale e dal 1989 dalle misure provvisorie che hanno istituito un'area marina protetta  poi definitivamente inglobata nel 1996 nel Parco Nazionale dell'Arcipelago Toscano. Dentici, Ricciole, Tunnidi, Sarde e Acciughe, rappresentano le presenze più frequenti tra i pesci pelagici. 

L’ittiofauna stanziale è ben rappresentata da Cernie, Murene, Corvine, Saraghi e Labridi multicolori, che si annidano soprattutto sulla costa occidentale, dai fondali più frastagliati e profondi.

Gorgona assume un grande valore per i flussi migratori degli uccelli; sull’isola sono presenti, oltre a numerosi Silvidi della macchia mediterranea, il Marangone dal ciuffo, l'Airone cinerino, la Poiana, il Falco pellegrino, il Gheppio, il Barbagianni, il Corvo imperiale, il Picchio muraiolo, l'Upupa, il Gabbiano reale ed il rarissimo Gabbiano corso. Non è accertata con sicurezza la nidificazione delle Berte maggiore e minore.

Il mare di Gorgona è frequentato dai grandi e  dai piccoli Cetacei, che ne fanno una delle aree più vocate all'osservazione dei Mammiferi marini in tutto il Mediterraneo.