Kárpátalja földrajzi változékonyságát állat-, de főleg növényvilágának sokszínűsége is visszatükrözi. Viszonylag nem nagy területen – Kárpátalja északnyugati pontjától délkeleti pontjáig alig több, mint 200 km a távolság – számos növényritkaság található.
Növényföldrajzi szempontból a vidék több övezetre osztható a magasság függvényében. Az alföldi és a lankás, dombos részen rétek, legelők, szántóföldek, gyümölcsösök, szőlők találhatók. A nedvesebb helyeken nyár, éger, szil és akác nő. A tölgyesek a hegyes vidéken is megtalálhatóak, úgy 500 méteres magasságig, innen a bükkösök váltják fel. 800-1000 m-nél kezdődnek a vegyes erdők. Még följebb a tűlevelűek, főleg lucfenyő. Az elő-alpesi övezetben a törpefenyő, az alpesi övezetben már csak fű, havasi gyep és moha nő.
Északnyugatról délkelet felé haladva, ahogy a hegyek egyre magasabbak, az övhatár is magasodik. A Gorgánokat (a Máramarosi-havasok északnyugati részét) a kőgörgetegek jellemzik. Itt a legmeredekebb a hegyoldal.
Állatvilága nagyon változatos. 74 fajta emlős, több, mint 250 féle madár, 10 csúszómászó faj és 48 halfajta él Kárpátalján. Említésre méltó: a nagyobb vadak közül a kárpátaljai barnamedve, a vaddisznó, a szarvas és az őz. A ragadozók: a hiúz, ritka, de előfordul a farkas, sok a vadmacska és a róka. Kisebb emlősök: nyérc, vidra, nyúl, görény, borz, menyét, cickány, sündisznó, mókus stb. Még a közép-hegység sávjában is sok a vakond.
Nagyon sokszínű a madárvilág. A kőszáli sas és a süketfajd már védett. Sólyom, ölyv, harkály, kakukk, fogoly, bagoly, az alföldi részen sok a fácán.
Halakban is változatos a vidék. A folyók felső szakaszán sok a pisztráng.