TNKS adalah rumah bagi ribuan spesies tumbuhan dan hewan, banyak di antaranya tergolong langka dan endemik. Di antara flora, terdapat bunga ikonik seperti Rafflesia arnoldii, yang dikenal sebagai bunga terbesar di dunia, serta berbagai jenis anggrek liar dan tumbuhan obat. Untuk fauna, TNKS menjadi habitat bagi spesies terancam punah seperti harimau Sumatra, badak Sumatra, dan gajah Sumatra. Selain itu, kawasan ini juga mendukung lebih dari 300 spesies burung, termasuk burung endemik seperti burung kuau Sumatra.

Keberadaan spesies-spesies ini menjadikan TNKS sebagai kawasan yang sangat penting untuk konservasi global. Ekosistemnya juga berperan sebagai penyangga lingkungan, seperti menjaga kualitas air dan mencegah erosi di wilayah sekitar.