อุทยานแห่งชาติภูกระดึงมีภูมิอากาศบริเวณพื้นราบรอบเชิงเขาเหมือนกับบริเวณอื่นๆในภาคตะวันออกเฉียงเหนือ โดยได้รับอิทธิพลจากลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ และมรสุมตะวันออกเฉียงเหนือ ฤดูฝนเริ่มตั้งแต่เดือนเมษายน-ตุลาคม ฝนตกชุกที่สุดระหว่างเดือนสิงหาคม-กันยายน อุณหภูมิเฉลี่ยทั้งปีอยู่ที่ 26 °C อุณหภูมิต่ำสุดอยู่ในเดือนมกราคม และอุณหภูมิสูงสุดอยู่ในเดือนเมษายน ปริมาณหยาดน้ำฟ้า 1,242มิลลิเมตรต่อปี ความชื้นสัมพัทธ์เฉลี่ยทั้งปีอยู่ที่ 72%[4] 

ภูกระดึงได้ชื่อว่าเป็นแหล่งที่มีสัตว์ป่าอาศัยอยู่อย่างชุกชุม เนื่องจากลักษณะภูมิประเทศประกอบไปด้วยป่าไม้ ทุ่งหญ้าและลำธาร ซึ่งเป็นแหล่งอาหารที่อุดมสมบูรณ์ จากการสำรวจพบสัตว์บกมีกระดูกสันหลังรวม 266 ชนิด[4] สัตว์ป่าที่สามารถพบเห็นได้บ่อยเมื่อขึ้นไปถึงยอดภูคือกวาง เนื่องจากมีกลุ่มกวางจำนวนหนึ่งที่เจ้าหน้าที่ของอุทยานฯได้เลี้ยงเอาไว้ ทำให้กวางกลุ่มนี้ไม่วิ่งหนีเมื่อพบเห็นคน กวางตัวแรกที่เจ้าหน้าที่ได้เลี้ยงเอาไว้ชื่อ คำหล้า เป็นกวางตัวเมีย  

ภูกระดึงเป็นป่าที่มีความอุดมสมบูรณ์ที่สุดป่าหนึ่งในประเทศไทย มีสังคมพืชหลากหลายสามารถแบ่งได้ตามความแตกต่างของความสูง ภูมิอากาศ สภาพดิน-หิน และชีวปัจจัย จากที่ราบเชิงเขาถึงระดับความสูงจากระดับน้ำทะเล 600 เมตรจะเป็นป่าเต็งรังคิดเป็น 8% ของพื้นที่[4] มีพันธุ์ไม้ที่สำคัญ เช่น เต็ง รัง เหียง พลวง กราด รกฟ้า เป็นต้น พืชพื้นล่างประกอบด้วย หญ้าเพ็ก ขึ้นเป็นกอหนาแน่นแทรกด้วยไม้พุ่มและพืชล้มลุก นอกจากนี้จากพื้นที่ราบเชิงเขาและที่ลาดชันตามไหล่เขารอบภู จนถึงระดับความสูง 950 เมตรจะเป็นป่าเบญจพรรณหรือป่าผลัดใบผสมคิดเป็น 67 % ของพื้นที่[4] มีพันธุ์ไม้ที่สำคัญเช่น แดง ประดู่ป่า กระบก ตะแบกเลือด ยมหิน เป็นต้น พืชพื้นล่างประกอบด้วยหญ้า ไผ่ ไม้พุ่ม ไม้เถา พืชล้มลุก และพืชกาฝากและอิงอาศัย