生物地理区上東洋区に属する[注 2]。ほぼ全域が西表石垣国立公園の公園区域に指定されており[12]、そのうち浦内川源流部、仲間川源流部及び高古見岳・御座岳一帯（4,624ヘクタール）が特別保護地区である[13]。また、イリオモテヤマネコやヨナクニカラスバト等の希少な野生鳥獣の保全を目的として、島の森林地域のうち約3,841ヘクタールが国指定西表鳥獣保護区（希少鳥獣生息地）に指定されており、そのうち2,306ヘクタールが特別保護地区である。

島の面積のうち、90%は亜熱帯の自然林で覆われており、また、約8割は国有林である[14]。山奥から流れ出す浦内川は、下流の汽水域では広大なマングローブ林を形成する。その他にも海岸線の河口や内湾には多くの場所でマングローブ林が発達する。日本産のマングローブ植物7種がすべて分布するのは西表島だけである。発達した板根を持つサキシマスオウノキも分布し、前良川河口にある古見のサキシマスオウノキ群落は天然記念物に指定されている[15]。内陸はイタジイやウラジロガシを中心とする森林に覆われている。熱帯系の生物が多く、熱帯域の植物でミミモチシダ、ニッパヤシなどはこの島が北限になっている。

太古の海進期にも完全に水没することなく、結果として島の生物群は独特の生態系を維持したまま現在に到る。特別天然記念物のカンムリワシ、イリオモテヤマネコ、天然記念物のセマルハコガメ、キシノウエトカゲ、キノボリトカゲ、サキシマハブなど、珍しい動植物の宝庫である。イリオモテヤマネコのように西表島固有のものもあるが、多くは石垣島などにも分布する八重山諸島に固有の動植物である。

イリオモテの名を持つ生物には、以下のようなものがある[注 3]。

植物：イリオモテウロコゼニゴケ（蘚苔類）、イリオモテシャミセンヅル（フサシダ科）、イリオモテニシキソウ（トウダイグサ科）、イリオモテスミレ（スミレ科）、イリオモテヒイラギ（ヤエヤマヒイラギ）（モクセイ科）、イリオモテソウ（アカネ科）、イリオモテアザミ（キク科）、イリオモテクマタケラン（ショウガ科）、イリオモテトンボ・イリオモテヒメラン・イリオモテムヨウラン・イリオモテラン（ラン科）

動物：イリオモテヤマネコ、イリオモテコキクガシラコウモリ、イリオモテナンキングモ、イリオモテヒメグモモドキ、イリオモテエグリツトガ、イリオモテアオシャチホコ、イリオモテボタル、イリオモテトラカミキリ、イリオモテモリバッタ

菌類：イリオモテハナセミタケ、イリオモテセミタケ

西表島にのみ分布する固有種（亜種・変種を含む）には以下のようなものがある。

植物：エクボサイシン・モノドラカンアオイ・ヤエヤマカンアオイ（ウマノスズクサ科）、ヤエヤマヒメウツギ（ユキノシタ科）、ヤエヤマヒイラギ（イリオモテヒイラギ）（モクセイ科）、イリオモテガヤ（イネ科）、ヤエヤマスケロクラン・イリオモテトンボソウ（ラン科）