Wraz z Spalskim Parkiem Krajobrazowym i Sulejowskim Parkiem Krajobrazowym należy do Zespołu Nadpilicznych Parków Krajobrazowych. Lasy zajmują ok. 68% powierzchni Parku. Są to przeważnie drzewostany sosnowe na siedlisku borów mieszanych, przeplecione olsami i borami bagiennymi. Występują także większe powierzchnie grądów, buczyn i dąbrów świetlistych. W dolinach rzecznych spotyka się łęgi olszowo-jesionowe, a w bagnistych zagłębieniach – partie olsów. Na uwagę zasługuje udział jodły w wielogatunkowych drzewostanach, a także stanowiska rzadkiego cisa.

Na nasłonecznionych zboczach wzgórz Pasma Przedborsko-Małogoskiego występują murawy kserotermiczne oraz ciepłolubne zarośla z udziałem tarniny, kaliny, róż, głogu, derenia świdwy, ligustru i jałowca. Flora Parku liczy ponad 900 gatunków roślin naczyniowych, w tym 39 gatunków rzadkich i chronionych. W lasach Parku żyją duże ssaki leśne: łoś, jeleń, sarna, dzik i borsuk. W rzekach żyje wydra, a w uroczysku Piskorzeniec introdukowane zostały bobry. Spośród mniejszych gatunków występują tu: gronostaj, łasica oraz ryjówki malutka i aksamitna. Występuje tu 168 gatunków ptaków, z czego 98 należy do awifauny lęgowej. Wśród ryb występują głównie gatunki pospolite, z rzadszych stwierdzono tu sumika karłowatego i amura białego.

W Parku znajdują się także stanowiska rzadkich i chronionych bezkręgowców: mieniaka tęczowca, tęcznika mniejszego, biegaczy łysego, zielonozłotego i fioletowego oraz trzmieli rudoszarego i leśnego. W 1992 roku odkryto nad Pilicą czaszkę tura. W przeszłości Kazimierz Wielki polował na tych terenach. Według źródeł historycznych w 1370 r. spadł z konia w miejscowości Żeleźnica i doznał obrażeń, które przyczyniły się do jego śmierci.