圣水湖湿地自然植被共分为 4 级，5个植被型，12个群系。区域内有浮游藻类、维管束类、种子类、浮游动物类、两栖动物类、爬行动物类、鸟类、兽类等动植物904种。其中2种列入国家重点保护野生植物（II 级），两栖动物有大鲵1种国家二级保护动物，列入国家II级保护鸟类的有12种，省级保护鸟类28种，列入“中国濒危动物红皮书”的鸟类2种。浮游藻类有28属33种，维管束植物652种（新增4种：川鄂唐松草、白木通、尾花细辛、双叶细辛），隶属138科404属；其中蕨类植物16科18属23种，种子植物共有122科386属629种（含种下分类群），包括裸子植物3 科7属7种，被子植物119科379属622种；常见浮游动物24种。

据统计，圣水湖国家湿地公园共有脊椎动物30目76科195种。其中鱼类3目8科41种，（新增9种：黄颡鱼、长吻鮠、青鱼、草鱼、鳊鱼、鲢鱼、鳙鱼、鲫鱼、翘嘴红鲌），两栖动物有2目8科16种（巴鲵、大鲵、小角蟾、中华蟾蜍、无斑雨蛙、秦岭雨蛙、斑腿泛树蛙、饰纹姬蛙、花姬蛙、棘腹蛙、双团棘胸蛙、泽蛙、绿臭蛙、黑斑蛙、金线蛙）；爬行动物有3目9科21种（多疣壁虎、丽纹龙蜥、草绿龙蜥、北草蜥、丽斑麻蜥、石龙子、蓝尾石龙子、翠青蛇、赤链蛇、玉斑锦蛇、王锦蛇、虎斑游蛇、滑鼠蛇、乌稍蛇、银环蛇、眼镜蛇、短尾蝮蛇、菜花原矛头蝮、竹叶青、乌龟、鳖），鸟类16目35科64属89种（总规上12目23科49种，经监测2013-2016年新增鸟类40种）（领雀嘴鹎、棕头鸦雀、黄臀鹎、点胸鸦雀、灰头鸦雀、白鹡鸰、红胁蓝尾鸲、灰眶雀鹛、红嘴蓝鹊、普通鹰鹃、酒红朱雀、绿翅短脚鹎、东方金翅、强脚树莺、白腰文鸟、树鹨、红头长尾山雀、棕脸鹟莺、绿背山雀、白眉鹟、黄腹山雀、崖沙燕、水鹨、红尾水鸲、乌鸫、普通鸬鹚、珠颈斑鸠、黑水鸡、白骨顶、绿翅鸭、小PT、戴胜、苍鹭、八哥、小鹀、黄喉鹀、红头穗鹛、鸳鸯、绿头鸭），哺乳动物共有6目16科28种（刺猬、短尾鼩、水麝鼩、中菊头蝠、鲁氏菊头蝠、普通伏翼、草兔、华南兔、红白鼯鼠、复齿鼯鼠、赤腹松鼠等）。列入国家二级保护两栖动物有1种，即：大鲵;国家II级保护鸟类的有12种;列入“中国濒危动物红皮书”的鸟类2种;列入省级鱼类有3种，即多鳞白甲鱼、东方裂腹鱼、长吻鮠。

按照1999年8月4日颁布的《国家重点保护植物名录》圣水湖国家湿地公园共有2种列入国家重点保护野生植物（II 级）（野大豆、金荞麦）。圣水湖湿地公园鸟类达到89种、鱼类达到41种。