Với những khu rừng tự nhiên trên cao nguyên đá tạo nên ngôi nhà đặc biệt cho nhiều loại động vật độc đáo của Công viên địa chất toàn cầu Cao nguyên đá Đồng Văn, nơi sinh sống của gần 300 loài động vật có xương sống: 53 loài thú, 161 loài chim, 33 loài bò sát, 39 loài ếch nhái. Trong đó, có 17 loài thú, 2 loài chim và 8 loài bò sát – ếch nhái là những động vật quý, hiếm có giá trị kinh tế, khoa học được ghi trong Sách đỏ Việt Nam (2007). Nhiều loài động vật tiêu biểu ở Cao nguyên đá, như Voọc, hoẵng, lợn rừng, cầy hương, chồn, gà rừng, khướu, chim, bò sát, ếch nhái, v.v. Thậm chí, có những loài thú lớn đã từng có ở đây, như gấu, báo, v.v. Không gian trưng bày giới thiệu một số loài động vật Cao nguyên đá.
Cao nguyên đá hiện có 8 loài thú linh trưởng, chiếm trên 30% số loài linh trưởng của Việt Nam. Trong đó, đặc biệt phải kể đến là Voọc mũi hếch (Rhinopithecus avunculus), loài thú đặc hữu ở vùng địa lý động vật Đông Bắc Việt Nam (hình ảnh). Là một trong 25 loài linh trưởng của thế giới có nguy cơ tuyệt chủng trên phạm vi toàn cầu. Ở Cao Nguyên đá, loài chỉ thấy ở Khu bảo tồn Khau Ca với khoảng hơn 100 cá thể. Loài rất nguy cấp, số lượng quần thể giảm mạnh do nơi cư trú bị xâm hại, rừng bị chặt phá và thu hẹp, săn bắt. Ngoài ra, nhiều loài bò sát, ếch nhái phân bố hẹp, đặc hữu của Cao nguyên đá, như Ếch cây du boi (hình ảnh), Ếch Ang, tắc kè Chân vịt, ếch Ba na, ếch Cây Mianma, ếch Gai, ếch Gai beulender, ếch Gai sần, cá cóc Richler, rùa Hạnh nhân…
Điều kiện tự nhiên và khí hậu đặc biệt của Công viên địa chất toàn cầu Cao nguyên đá Đồng Văn đã tạo cho khu vực này có được sự đa dạng và phong phú cao về các loài nấm và và thực vật. Trong số các loài nấm và thực vật, 13 loài có trong Sách đỏ Việt Nam (2007) là những loài có gái trị kinh tế, khoa học cần được ưu tiên bảo tồn cao. Nhiều loài nấm và thực vật có giá trị cao, như làm thuốc, cho gỗ, làm cảnh, cho tinh dầu, cho sợi và các công dụng khác cũng như điều hòa khí hậu, hạn chế lũ lụt và hạn hán, và tạo môi trường cảnh quan thiên nhiên tươi đẹp cho Công viên địa chất toàn cầu Cao nguyên đá Đồng Văn. Đến nay, các nhà khoa học đã ghi nhận 364 loài nấm và thực vật, cụ thể:
Nấm lớn: Thành phần loài Nấm lớn ở đây khá phong phú và đa dạng với 198 loài nấm, thuộc 44 họ, 21 bộ trong 4 ngành. Trong dó ngành Nấm Đảm (Basidiomycota) chiếm ưu thế với 14 bộ, 34 họ, 159 loài, chiếm 80,7% tổng số loài xác định được ở nơi đây.
Dương xỉ: Đã ghi nhận26 loài Dương xỉ của 16 chi và 13 họ ở Cao nguyên địa chất đá Đồng Văn, trong đó chỉ có duy nhất 2 loài nằm trong Sách Đỏ Việt Nam (2007)
Thực vật Hạt trần: Gồm 25 loài, trong 6 họ thuộc 2 bộ, 2 lớp, trừ lớp Tuế không phải dạng cây gỗ,còn các loài trong lớp Thông là các cây gỗ lớn.
Thực vật Hạt kín hay thực vật có hoa: Là nhóm thực vật phong phú, đa dạng nhất với nhiều hình thái, dạng thân, hoa quả đặc sắc. Ghi nhận thực vật có hoa ở CVĐCĐ Đồng Văn có 115 loài trong 65 họ thuộc 2 lớp: Một lá mầm và Hai lá mầmvới tác dụng là thuốc, cho gỗ, làm cảnh, cho tinh dầu, cho sợi và các công dụng khác.
Các loài thực vật tiêu biểu có giá trị đặc biệt ở Cao nguyên đá phải kể đến, như Bách vàng Việt Nam (Allitropsis vietnamensis), Thông đỏ bắc (Taxus chinensis), Hoàng đàn rủ (Cupressus funebris), Kim giao núi đá (Nageia fleuryi)), Dẻ tùng sọc nâu (Amentotaxus hatuyenensis), Thông tre lá ngắn (Podocarpus pilgeri), Đỉnh tùng (Ephalotaxus mannii), Lan kim tuyến (Anoectochilus setaceus), Cây Bảy lá một hoa (Paris polyphylla), Hà thủ ô đỏ (Fallopia multiflora), v.v.
Đặc biệt, Bách vàng Việt Nam mới chỉ thấy phân bố ở Cao nguyên đá Đồng Văn (được trưng bày ở đây bằng mẫu gỗ và ảnh). Hiện tại, loài rất nguy cấp. Một số loài nấm lớn, thực vật hạt trần, thực vật hạt kín tiêu biểu khác cũng được trưng bày ở đây.
Vĩnh Thái