A serra da Estrela caracteriza-se por ter uma grande variedade de habitats, o que propicia uma elevada biodiversidade, incluindo algumas espécies que aí ocorrem exclusivamente (espécies endémicas). Salienta-se a planta Silene foetida foetida, que se desenvolve em fissuras e em pequenas depressões das rochas, com uma distribuição restrita a esta serra, a altitudes superiores a 1400 metros. Referem-se, também, a truta-de-rio (Salmo trutta fario) e, pela vulnerabilidade das suas populações, a salamandra-lusitânica (Chioglossa lusitanica), um anfíbio.

Outra planta existente na serra, o cardo selvagem (Cynara cardunculus), assume uma grande importância na economia da região, uma vez que é utilizada no fabrico de queijo da serra. Esta planta, característica de regiões mediterrânicas, desenvolve-se até 600 m de altitude, possui um sistema radicular profundo e revela uma boa adaptação a ambientes caracterizados por elevado stress abiótico. A flor desta planta possui diversos tipos de proteases (enzimas hidrolíticas), como as cardosinas, que se acumulam em vacúolos, na parede celular e no espaço extracelular dos órgãos femininos da flor.