- La abundancia y diversidad faunística caracterizan a este espacio natural. Según los inventarios recientes existen unas 150 especies de aves, sobre 40 mamíferos, 30 anfibios y reptiles y 10 peces. El más significativo ha sido y sigue siendo el Oso Pardo, que cuenta con importantes áreas de refugio y de alimentación.  Hay asimismo representación abundante de grandes herbívoros, como el corzo, el ciervo y el jabalí explotados como recurso cinegético desde hace muchos años.  Ocasionalmente también se encuentra el gran carnívoro, el   lobo, en densidades variables, que coexiste con otros animales de menor tamaño que igualmente se hallan alimento y cobijo en los montes de este valle como el zorro, gato montés, la gineta, la marta, el turón, el tejón.... En el reino de las aves es notoria la existencia de águilas perdiceras , culebreras y calzada, algunas parejas de alimoches y alguna colonia de buitre leonado.  La comunidad de aves que habita o depende directamente de este valle es de gran relevancia. La calidad natural del espacio permite constatar hitos particulares que cada observador encuentra en el claroscuro del bosque.. 

  La flora en este sector del norte de Palencia presenta un interés biogeográfico relevante. El Valle de Castillería posee importantes masas forestales de hayedos y robledales principalmente. en esta zona se encuentra "el abuelo", uno de los robles más monumentales de la península. En los valles se encuentran los prados de siega y en las laderas próximas a estos los pastizales y áreas de matorral, subiendo como éstas hasta alturas elevadas.

En las inmediaciones de las poblaciones se encuentran las zonas más abiertas, extensas y planas con vegetación de ribera en praderías de gran calidad, verdadero soporte económico de la zona.