Bước đầu Khu Bảo tồn đã đánh giá được có 798 loài thực vật bậc cao có mạch thuộc 541 chi và 169 họ, trong đó có các loài thực vật quý hiếm có giá trị cao được ghi trong sách đỏ Việt Nam như: Nghiến, Trai lý, Đinh, Lát hoa, Du Sam núi đá, Thiết sam giả, Lan kim tuyến… Đặc biệt là 2 loài Du sam núi đá
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
(Keteleeria davidiana), Thiết sam giả (Pseudotsuga sinensis) phân bố trên đỉnh núi đá vôi, hiện nay số lượng quần thể còn rất ít. Hệ thực vật rừng của Khu Bảo tồn thiên nhiên Kim Hỷ có 65 loài quý hiếm, thuộc 46 họ.
Theo số liệu đã công bố, Khu Bảo tồn thiên nhiên Kim Hỷ có 386 loài, 108 họ, 29 bộ của 4 lớp động vật. Trong đó đã phát hiện được 56 loài động vật có tên trong sách đỏ Việt Nam năm 2007 và Nghị định số 32 của Chính phủ như: Voọc đen (Trachypithercus francoisi francoisi),Vượn đen tuyền (Hylobates concolor nasutus) (Nomascus nasutus), Voọc mũi hếch (Rhinophithecus avunculus), Cu li lớn, Cu li nhỏ, Gấu ngựa, Gấu chó, Hổ, Báo, Hươu xạ (Moschus berezovskii), Trĩ đỏ, rùa hộp, Rắn hổ mang,… có giá trị bảo tồn nguồn gien rất cao, đang được sự quan tâm nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trong nước và trên thế giới.
Ngoài các loài động vật nêu trên trong Khu Bảo tồn thiên nhiên Kim Hỷ còn là nơi sinh sống của rất nhiều loài dơi, theo kết quả nghiên cứu của Tổ chức Con người, tài nguyên và bảo tồn (PRCF), thì trong Khu Bảo tồn thiên nhiên Kim Hỷ có gần 40 loài dơi các loại, với số lượng trên 35.000 nghìn cá thể đếm được trong 1 hang dơi tại khu bảo tồn, nên đây được xem là một trong những hang có số loài dơi cư trú cao nhất đã từng ghi nhận được ở khu vực Đông Nam Á.
Bên cạnh sự đa dạng phong phú về các loài động, thực vật Khu Bảo tồn thiên nhiên Kim Hỷ còn có địa hình núi đá không cao nhưng có độ dốc rất lớn, hầu hết là rừng trên núi đá vôi với địa hình chia cắt mạnh đã tạo nên các dòng suối ngầm và nhiều hang động lớn, chính những yếu tố đó đã tạo ra cho nơi đây có 1 cảnh quan thiên nhiên kỳ thú rất hấp dẫn những nhà nghiên cứu, nhà khoa học trong và ngoài nước.