La Isla Martín García es un auténtico refugio de biodiversidad, con una notable variedad de ambientes naturales que incluyen juncales, matorrales ribereños, bosques ribereños, selvas, espinales, pastizales, pajonales, céspedes ribereños y arenales. Esta diversidad de hábitats sustenta una rica flora con más de 800 especies vegetales, entre las que se destacan el coronillo, ceibo, espinillo, tala, higuerón, sombra de toro, curupí y anacahuita. 

En cuanto a la fauna, la isla alberga una gran variedad de reptiles como el lagarto overo (Salvator merianae), considerado el referente de la fauna nativa, y otros animales como el coipo, carpincho, zorro del monte y ciervo de los pantanos. Además, es hogar de más de 250 especies de aves, lo que representa un cuarto de las especies aviares del país, incluyendo garzas, patos, caracoleros, pollonas de agua, federales, verdones y varias especies de picaflor. La mariposa "Bandera Argentina" (Morpho epistrophus argentinus) es una de las joyas del territorio.

La riqueza de la flora y fauna de la isla se debe en parte a su ubicación en el medio del Río de la Plata, que permite la llegada de semillas y especies transportadas por el agua.