越秀公园岗峦起伏，林木苍翠，自然风貌秀美，是广州市城市中心区范围内面积最大的绿地，是以混交林和湖泊为基础的自然生态系统，园内自然环境得天独厚，园中植物种类多样。现存植被是人工植物和天然次生植被的混合体。乔灌木和地被共127科460种。其中乡土植物275种，非乡土植物185种。乔木146种近22万株，以阴香、榕树、土蜜树、朴树、构树、龙眼、白兰、台湾相思、洋紫荆、蒲桃、人心果为主；灌木121种，有桂花、朱蕉、海桐、假连翘、红背桂等；地被植物143种，有海芋、白蝴蝶、蒲草、肾蕨、蟛蜞菊、大叶仙茅、鸢尾、龟背竹等。棕榈植物19种，竹类植物8种，藤本植物10种，水生植物3种，时花10种。

公园内丰富的植物种类，茂密的竹林、树林和大片草地为动物提供了良好的觅食和栖息环境。园内共有有鸟类43种，另外公园还栖息着犬蝠、东亚伏翼、扁颅蝠和小黄蝠。蛙类6种，鱼类10种，公园有昆虫66种。

木棉花是广州市花，木棉树也被成为“英雄树”。园内现存14株古树，其中有木棉10株、细叶榕4株，大部分是广州市政府1985年公布保护的第一批古树名木，树龄108-278年之间，胸径60-165厘米。生长在园内百步梯、中山纪念碑、伍廷芳墓、五层楼一带。其中树龄最大的是278年的细叶榕。