Szata roślinna Karkonoszy należy do najbogatszych i najcenniejszych w Sudetach, jakkolwiek została już znacznie przekształcona w wyniku działalności ludzkiej. Karkonosze, pomimo niezbyt imponującej wysokości, posiadają wyraźnie ukształtowane i zróżnicowane piętra roślinne. Ze względu na ostry klimat piętra te położone są nawet o kilkaset metrów niżej niż w innych górach wysokich, na przykład Tatrach. Przeważnie im wyższe piętro, tym lepszy stan zachowania pierwotnej przyrody, ale nie odpowiada to całkowicie prawdzie, ponieważ właśnie w Karkonoszach partie szczytowe i grzbietowe są łatwo dostępne i zostały już znacznie przetworzone przez człowieka; od dawna liczni przedstawiciele flory synantropijnej towarzyszą siedzibom i szlakom ludzkim.

Piętro podgórskie (do wysokości około 500 m n.p.m.) zostało praktycznie całkowicie przekształcone, zamienione w pola uprawne i łąki, z niewielkimi tylko zagajnikami mieszanymi.

Piętro regla dolnego (do wysokości około 1000 m n.p.m.) stanowiły dawniej lasy mieszane, z przewagą buka, obecnie w większości zastąpione borami świerkowymi. Pierwotne fragmenty regla dolnego najlepiej zachowały się w rejonie Chojnika i Wodospadu Szklarki (oba objęte zresztą ochroną w enklawach Karkonoskiego Parku Narodowego).

Piętro regla górnego (do wysokości około 1250 m n.p.m.) stanowiły zwarte lasy świerkowe, wcześniej już zastąpione świerkami sadzonymi przez człowieka, często z nasion odmian nizinnych, a więc nie dostosowanych do trudnych warunków glebowo-klimatycznych. To między innymi stało się przyczyną łatwego ich zniszczenia w wyniku klęski ekologicznej, która wystąpiła w Sudetach Zachodnich w końcu lat 70. i doprowadziła do uschnięcia prawie całego regla górnego i sporych połaci wyższych partii lasów regla dolnego. Tutejsze lasy od lat były narażone na emisje zanieczyszczeń przemysłowych z licznych czeskich, niemieckich i polskich (Turoszów) elektrowni opalanych węglem brunatnym. Emitowane przez nie związki siarki w połączeniu z obfitymi opadami dają kwaśne deszcze. Osłabione nimi drzewostany świerkowe padły łatwą ofiarą masowo występującej wskaźnicy modrzewianeczki. Larwy tego owada zjadają młode igliwie, doprowadzając do usychania wyrośniętych drzew. Na górnej granicy regla świerki przyjmują karłowatą formę, często o pokroju chorągwianym, kształtowanym przez panujące tu wiatry. Towarzyszą im gatunki typowo górskie, na przykład brzoza karpacka, wierzba śląska, jarzębina.

Reakcją na klęskę ekologiczną lasów sudeckich stało się utworzenie w Kostrzycy Leśnego Banku Genów, w którym gromadzi się nasiona gatunków charakterystycznych dla reglowych lasów sudeckich. Uruchomiony w 1995 r. nowoczesny obiekt wybudowano z funduszy ekologicznych przy znacznym udziale finansowym Banku Światowego.

Jeszcze wyżej (do około 1450 m n.p.m.) sięga piętro kosodrzewiny, w którym przeważają płaty tego gatunku sosny górskiej oraz zioło- i traworośla, a nad nim jest już tylko piętro subalpejskie (halne), w którym dominują gatunki zielne i porosty naskalne. Zresztą właśnie roślinność zielna i krzewiasta jest najbogatsza gatunkowo i wśród niej występuje najwięcej typowo górskich, chronionych, a nawet endemicznych odmian. Bardzo interesujące są też torfowiska wysokie z niewielkimi stawkami-oczkami.

Skromniejszy jest świat zwierzęcy, a wynika to z faktu, iż od dawna Karkonosze były penetrowane przez ludzi, w przeszłości dość gęsto zasiedlone, a przedtem jeszcze ogołocone z lasów na potrzeby przemysłu. Dlatego od kilku stuleci nie pojawiają się tu duże drapieżniki – ich śladem są tylko nazwy miejscowe, na przykład Niedźwiadki, Wilcza Poręba, Gawry. Żyje natomiast sporo zwierzyny płowej, niżej dzików i drobniejszych ssaków. Bogaty jest świat ptaków, a szczególnie bezkręgowców, wśród których znajduje się najwięcej gatunków chronionych i endemicznych. Obecnie najlepiej przyrodniczo zachowanymi rejonami Karkonoszy są rezerwaty ścisłe oraz podnóża Lasockiego Grzbietu (doliny Złotnej i Srebrnika).

Walory przyrodnicze Karkonoszy, a więc ich budowa geologiczna, ukształtowanie z doskonale widocznymi elementami rzeźby lodowcowej, świat roślinny i zwierzęcy sprawiły, że już w 1933 r. utworzono w nich pierwsze rezerwaty przyrody obejmujące kotły polodowcowe i wiele pomników przyrody, głównie skałek. Po 1945 r. utrzymano część rezerwatów przyrody, a od 1 stycznia 1959 r. zaczął działalność Karkonoski Park Narodowy, którego dyrekcja i muzeum mieszczą się obecnie w Jeleniej Górze-Sobieszowie, u stóp Chojnika. Obejmuje on 5549 ha, w tym 1717 ha w rezerwatach ścisłych. W 1963 r. utworzono czeski Krkonośsky narodni park o powierzchni 38 500 ha, z czego około 7500 ha znajduje się w rezerwatach.

Jednak pomimo podjętych kroków degradacja środowiska przyrodniczego Karkonoszy postępowała nadal, aż do katastrofy ekologicznej lat 1978-1985. Stało się tak dlatego, że główne źródła zanieczyszczeń i zagrożeń znajdowały się poza granicami obszarów chronionych. Paradoksalnie, dopiero kryzys gospodarczy w Polsce i Czechach oraz upadek NRD wpłynęły korzystnie na środowisko naturalne, co pozwoliło opanować sytuację w Karkonoszach. Obecnie wydaje się, że największe zagrożenie dla nich stanowią po obu stronach granicy zbyt ambitnie planowane i realizowane inwestycje narciarskie i sportowe.