Sus vastos bosques naturales están ocupados con pinos silvestres, hayedos y robledales, y junto a ellos crecen abedules, robledales de roble albar, encinares montanos, pinos negros, acebedos y otras especies dispersas por todo el parque como tilos, arces, servales, mostajos, olmos de montaña, tejos, temblores, fresnos, etc.

Sierra Cebollera también disfruta de una rica fauna en la que destacan aves rapaces como el azor, gavilán, halcón abejero, águila calzada y culebrera, ratonero común, cárabo y búho chico, y en las zonas altas del parque la perdiz pardilla. La fauna mamífera también es muy diversa, se guarecen en los frondosos bosques el zorro, jabalí, ciervo, ardilla, y gato montés. En los ríos habitan la nutria y el desmán de los pirineos.

En Villoslada, uno de los municipios más cercanos a la Sierra de Cebollera, se encuentra el Centro de Interpretación del Parque Natural, donde se proyectan audiovisuales sobre la zona, se realizan actividades educativas y exposiciones sobre los recursos de este enclave natural. Estas no son las únicas actividades divulgativas que se realizan en la zona, en San Andrés se puede visitar una exposición sobre los útiles y las herramientas tradicionales que empleaban los riojanos de la zona de Los Cameros, en donde se encuentra la Sierra Cebollera.