Die Flora der Insel Sylt ist geprägt von der ursprünglichen Kargheit des Landes. Bis zur Mitte des 19. Jahrhunderts war Sylt eine fast baumlose Insel; erst durch gezielte Aufforstungen und Anpflanzungen entstanden kleinere Wald- und Buschgebiete. Noch heute erkennt man in den Waldgebieten Friedrichshain und Südwäldchen in Westerland die planmäßige Anlage des Bewuchses; die Bäume stehen weitgehend in Reih und Glied. Auch die heute weit verbreitete Hundsrose, auf der Insel mittlerweile auch als Syltrose bezeichnet, ist erst durch Menschenhand auf die Insel gelangt. Sie stammte ursprünglich aus Sibirien; die genügsame Buschrose fand auf der Insel ideale Lebensbedingungen und verbreitete sich rasch. Heute zählt sie zum typischen Bild der Insel. Ihre Verbreitung wird aus biologischer Sicht mit Sorge betrachtet, da sie seltene und schützenswerte einheimische Pflanzen, insbesondere auf den Heideflächen, mehr und mehr zu verdrängen droht.

Die großen Heideflächen auf der Wattseite der Insel sind Lebensraum vieler seltener Tiere. Die Heideökosysteme bieten einer großen Zahl von Lebewesen, die den extremen Bedingungen (Trockenheit, Wärme, Wind) angepasst sind, Platz: Ca. 2.500 Tierarten konnten bisher nachgewiesen werden, knapp die Hälfte davon ist vom Aussterben bedroht. Beachtlich ist die Zahl von über 600 verschiedenen Schmetterlingsarten, die in den Heideflächen leben, darunter Kleiner Fuchs, Zitronen- und Distelfalter sowie Pfauenaugen.

Ornithologische Besonderheiten sind die vielen seltenen Wasser- und Küstenvögel, die auf der Insel ihre Brutreviere haben, wie z. B. der Kiebitz, der kleine Sandregenpfeifer und die Uferseeschwalbe; auch die Feldlerche und die Brandgans sind typische Sylter Bewohner.

Bei den Landsäugetieren gibt es keine erheblichen Abweichungen gegenüber den benachbarten Festlandgebieten Norddeutschlands. Primär sind Hasen, Kaninchen und Rehwild zu nennen, die auf der Insel auch bejagt werden; nachdem die Insel mit dem Eisenbahndamm eine Festlandsverbindung erhalten hatte, gehörten auch Füchse und Dachse dazu.

Westlich von Sylt liegt eine Kinderstube der Schweinswale. Daneben leben in dem Seegebiet vor Sylt und den vorgelagerten Sandbänken größere Populationen von Seehunden, sowie den in deutschen Gewässern relativ selten vorkommenden Kegelrobben.