Muhu saar on tuntud oma loodusliku liigirikkuse poolest, siin võib kohata ligikaudu 750 taimeliiki. Eriti rikas on saar käpaliste poolest. Saarel on kodu leidnud  23 haruldast orhideed. Kõige iseloomulikemateks taimekooslusteks Muhus on kadakased loopealsed, mis võtavad enda alla viiendiku saare pindalast. Suur osa saarest on Euroopa Liidu kaitseprogrammi Natura 2000 kaitse all.

Muhus ei ole suuri metsi, metsad võtavad enda alla vaid 20% pindalast. Metsavaene on olnud saar läbi aegade, märkimisväärseim on 19. sajandil istutatud männik Piiri küla ümbruses. Kuid ometigi leidub saarel puis- ja rannaniite, soid ja erinevate kõrgustega pankrannikud.

Metsloomadest peavad Muhu saart oma koduks rebane, kits, põder, kährik, metssiga, halljänes ja hirv, kui loetleda mõned neist. Siinne linnustik on rikas kuna rannikualad on lemmikpeatuspaigaks sellistele rändlindudele nagu pardid, haned ja luiged. Kolm haruldast ja kuninglikku merikotkapaari on ehitanud endale Muhusse pesa ja alates toomingate õitsemise ajast on suveõhtute peaesinejaks ööbik.