Spanje kent een zeer gevarieerd flora- en faunaleven. Dit heeft te maken met de grote variatie in klimaat, hoogte en bodemgesteldheid. Vanwege de Pyreneeën, ligt Spanje redelijk geïsoleerd van de rest van Europa. Hierdoor komen veel endemische soorten voor.
Flora
Spanje beschikt over een typisch mediterraan floraleven. Het noorden van Spanje bezit veel loofbossen met onder andere berken, beuken, eiken, essen, kastanjes en populieren. In het hooggebergte zien we vooral naaldbossen. In de Pyreneeën treffen we de Zilverspar, terwijl de Spaanse spar alleen voorkomt in het Ronda-gebied in Andalusië. De opvallend veel voorkomende donzige eik, die vooral groeit op de wat nattere plaatsen. In de Pyreneeën vinden we ongeveer 150 unieke soorten en in de Sierra Nevada ook nog eens zestig. In de diverse berggebieden komen boven de boomgrens planten voor als de krokus, narcis en orchideeën. Laatstgenoemde komt vooral voor in de bergweiden van de Picos de Europa.De Spaanse hoogvlakte kent onder meer een steppeachtige flora, met over het algemeen een vermenging van de vegetatie van de steppegebieden, het Middellandse-Zeegebied en het hooggebergte. In het noordwesten vinden we op de berghellingen heidevelden met rode dopheide, struikheide en gaspeldoornsoorten. De steppegebieden zijn te vinden in de Ebro-vallei, de Castilla la Mancha en het bijna woestijnachtige Cabo de Gata in Andalusië. Deze gebieden vertonen pas na regenbuien hun fantastische kleurenrijkdom. De subtropische Canarische Eilanden kennen wat vegetatie betreft vrij grote verschillen, maar cactussen, laag struikgewas, palmbomen en pijnbomen (Pinus Canariensis) in de hogere delen komen vrij veel voor.
Fauna
Het floraleven in Spanje is gedeeltelijk Zuid-Europees van karakter met Afrikaanse invloeden, zoals de kameleon en de Egyptische mangoest. Op de rots van Gibraltar komt een apensoort voor, magot of Barbarijse makaak, die waarschijnlijk door de mens is ingevoerd.Van de grote zoogdieren komen onder andere de wolf, lynx, bruinen beer, wilde kat en de zeer zeldzame Spaanse steenbok nog voor. Een aantal van deze diersoorten staan onder bescherming. Het jagen op deze dieren is verboden. De bruine beren leven voornamelijk in de Picos de Europa en de westelijker gelegen Cordillera Cantábrica. Wolven komen voor in de noordwestelijke berggebieden en verder nog een aantal in de zuidwestelijke Meseta en de Sierra Morena. De pardel-lynx is een uniek Spaans roofdier, kleiner dan zijn Noord-Europese soortgenoot. Door de jacht en de afnemende konijnenpopulatie is het aantal teruggelopen tot circa 700. Het dier wordt streng beschermd en leeft vooral in de bosrijke gebieden in het westen en het zuiden en in de beschermde gebieden Doñana en Monfragüe. De Golf van Biscaje is een belangrijke verzamelplaats voor walvissen en dolfijnen. Voor de kust van de Middellandse Zee komt de zeer zeldzame monniksrob voor.
Ook de vogelwereld is zeer rijk. Een van de opvallendste vogelsoorten is de blauwe ekster, die in Midden- en Zuid-Spanje voorkomt en naast Portugal alleen in China wordt aangetroffen. Ook grote roofvogels als de ooievaar en de arend leven op verschillende plaatsen in Spanje. In het voorjaar is Spanje zeer aantrekkelijk voor grote groepen trekvogels met onder andere de grootste concentratie kraanvogels in Europa. Het wereldberoemde en zeer belangrijke Coto Doñana (officieel: El Parque Natural Entorno de Doñana) is één van de grootste vogelreservaten ter wereld waar jaarlijks meer dan 160 soorten broeden, bijvoorbeeld circa 600.000 ganzen uit Noord-Europa, 3000 flamingoparen en vele kust, water- en moerasvogels.
Andere belangrijke watergebieden aan de kust zijn Albufera de Valencia, de Ebro-delta en Aiguamolls de l'Empordà in Catalonië. In het binnenland overwinteren duizenden eenden in het Tablas de Daimiel, het Castilla- La Mancha en het Laguna de Gallocanta, Spanje's grootste natuurlijke meer, 50 kilometer ten zuiden van Calatayud in Arágon. Laguna de Fuente de Piedra is de belangrijkste broedplaats voor circa 13.000 flamingoparen. Spanje kent 12 Nationale Parken en 695 beschermde gebieden. In deze gebieden komen duizenden soorten planten en dieren voor die nergens anders (meer) in Europa te vinden zijn.