Flora Na terenie parku występuje około 1100 gatunków roślin naczyniowych. Lasy iglaste zajmują 2⁄3 powierzchni zalesionej. W lasach parku rośnie siedem gatunków drzew iglastych, spośród których najpowszechniejsza jest sosna wydmowa występująca na 80% powierzchni lasów iglastych. Na terenie parku występuje również 186 gatunków porostów, a także około 200 gatunków obcych. Skatalogowano również ponad 400 gatunków termofili, choć do tej pory zbadano zaledwie 1% obszarów hydrotermalnych.
Fauna Park Narodowy Yellowstone jest powszechnie uznawany za najlepsze środowisko megafauny w kontynentalnej części USA. Żyje tam 67 gatunków ssaków, wliczając reintrodukowanego w 1995 roku wilka kanadyjskiego, zagrożonego w Stanach Zjednoczonych rysia kanadyjskiego oraz niedźwiedzia grizli. Innymi dużymi ssakami o znaczącej populacji, są bizon amerykański, niedźwiedź czarny, jeleń kanadyjski, łoś euroazjatycki, mulak czarnoogonowy, mulak białoogonowy, kozioł śnieżny, widłoróg amerykański, owca kanadyjska i puma płowa.