长青保护区独特的地理位置、优越的气候条件和森林生态环境，为多种动植物繁衍生息提供了良好的条件，成为丰富多样的“生物资源库”。　　

区内有野生种子植物135科601属1556种，列入《中国濒危保护植物》红皮书的有31种；脊椎动物有29目78科213属311种，其中兽类7目24科51属63种；鸟类13目36科123属202种；两栖动物2目5科5属8种。 　　

爬行类动物2目6科17属20种；鱼类5目7科17属18种。其中有国家Ⅰ级保护动物大熊猫、金丝猴、羚牛、朱鹮、金雕、林麝、云豹等7种，国家Ⅱ级保护动物黑熊、毛冠鹿、大鲵、血雉、红腹角雉等33种。 　　

被誉为“四大国宝”—大熊猫、羚牛、金丝猴、朱鹮等国宝级珍稀野生动物均有分布。尤其被世界生物学界誉为“活化石”的大熊猫在本区广泛分布，其数量有100余只，约占秦岭大熊猫总数的1/3,是当今中国最有保护价值的大熊猫密集分布区，受到国内外科学界的关注和重视。