南山国家公园境内有我国中南地区规模最大的中山泥炭藓沼泽湿地，有"东南亚第一近城绿色长廊"两江峡谷，南岭地区保存最完整的中亚热带低海拔常绿阔叶林，生物多样性丰富，生态系统代表性、原真性和完整性较强，自然资源价值国家代表性突出，保护价值和生物学意义巨大。

南山国家公园是我国南北纵向山脉与东西横向山脉的交汇枢纽，是我国"两屏三带"生态安全战略中"南方丘陵山地带"的典型代表；位于内陆陆地及水域生物多样性保护优先区域华东华中丘陵平原区的南岭区和具有国际意义的陆地生物多样性关键地区的广东、广西、湖南、江西南岭山地地区范围内，是南岭山地区域特征的典型代表；涵盖了我国中南部山地南方自然资源集体林权属为主的森林、湿地、草原典型生态系统类型，生态系统代表性、原真性和完整性相对较强，是"山水林田湖草"生命共同体的典型代表。

南山国家公园位于中国南北东西植被带的交汇地区、华中华东华南植物区系的过度地带，植物区系起源古老，动物区系过渡性强，珍稀保护物种数量众多，是生物物种和遗传基因资源的天然博物馆，是湖南植物区系中最丰富多彩的精华部分之一。目前已查明南山国家公园范围内共生长分布有维管束植物 2393 种、野生脊椎动物 337 种。南山国家公园是云豹、林麝、白颈长尾雉、红嘴相思鸟等珍稀动物的重要分布区域和栖息地，是国家一级保护植物——资源冷杉的模式产地。以栲树林、罗浮栲林、小红栲林、钩栲林、多脉青冈林、甜槠+茶梨林、湖南楠林为代表的原生性顶级常绿阔叶林群落，原生亮叶水青冈林群落，华南五针松林以及含南方红豆杉、资源冷杉、长苞铁杉等珍稀裸子植物的阔叶林是典型的南岭森林类型中的"珍品"。