Pod względem faunistycznym teren ten nie różni się specjalnie od innych części Sudetów. Spośród ssaków występują tu m.in. chronione popielice i orzesznice, ryjówki, zębiełek karliczek, rzęsorki, kilka gatunków myszy, norniki, nornica ruda, jeż europejski, borsuk, kuna domowa i leśna, tchórz, łasica oraz kilkanaście gatunków nietoperzy. Z większych zwierząt mają tu swoje siedliska: jeleń, sarna i dzik.
Najbardziej charakterystycznym ssakiem x Sowich jest muflon, przedstawiciel dzikich owiec, od których wywodzi się owca domowa. Sowiogórskie muflony tworzą obecnie największą populację tego gatunku na Dolnym Śląsku. Najwięcej muflonów można spotkać po wschodniej stronie gór, zwłaszcza w zimie,kiedy zwierzęta te tworzą stada. Gatunek ten został sprowadzony (1902) w Góry Sowie przez hrabiego von Seidlitz-Sandretzky ze Słowacji. Jednak pierwotnym obszarem występowania muflona jest Sardynia i Korsyka. Obecnie populacja muflonów w Górach Sowich szacowana jest na ponad 600 sztuk.
Duża lesistość oraz liczne obiekty podziemne Gór Sowich stwarzają dobre warunki siedliskowe dla objętych ochroną prawną nietoperzy. Na terenie tym stwierdzono do tej pory 13 gatunków spośród 22 występujących w Polsce. Największymi zimowiskami nietoperzy w Górach Sowich są sztolnie kompleksu Riese (Olbrzym). W obiektach tych spotyka się od kilkudziesięciu do ponad stu zimujących osobników.
Awifaunę Gór Sowich tworzy kilkadziesiąt gatunków ptaków, w tym m.in. krzyżodziób świerkowy, grubodziób, gil, derkacz, kilka gatunków dzięciołów i sikor, świergotek drzewny i łąkowy, strzyżyk, muchołówka szara i muchołówka żałobna oraz wiele pospolitych gatunków, głównie leśnych. Na sowiogórskich łąkach i ugorach usłyszeć można derkarcza. Z rzadkich i chronionych gatunków ptaków występują poza tym nielicznie: bocian czarny, włochatka, najmniejsza sowa Europy – sóweczka, puchacz, trzmielojad, kobuz, krogulec i jastrząb.
Szata roślinna Gór Sowich była kształtowana zarówno przez czynniki naturalne jak i antropogeniczne. Długotrwała działalność człowieka przyczyniła się bowiem do zaniku naturalnego charakteru przyrodniczego masywu. Intensywna eksploatacja lasów na potrzeby pobliskich zakładów spowodowała ich znaczne przekształcenie. W stosunkowo krótkim okresie zniszczono znaczne powierzchnie lasów liściastych, co wymusiło podjęcie szeroko zakrojonej gospodarki leśnej z nasadzeniami drzew. W miejsce wyrąbanych drzewostanów wprowadzano szybko rosnące świerki,. Rzadziej sadzono również inne obce gatunki takie jak daglezja zielona, sosna wejmutka, dąb czerwony oraz modrzew europejski.
Sowiogórskie lasy zajmują głównie piętro regla dolnego. Niewielka część obszaru Gór Sowich należy do piętra pogórza (do wysokości ok. 600 m), a tylko szczytowe partie Wielkiej Sowy zaliczane są do piętra regla górnego. Jeszcze na początku średniowiecza regiel dolny porastała charakterystyczna dla całych Sudetów puszcza bukowo-jaworowa z domieszką jodły. Były to głównie kwaśne i żyzne buczyny oraz jaworzyny miesiącznicowe. Zachowały się one na niewielu stanowiskach i w postaci małych zniekształconych działalnością człowieka płatów, np. w rejonie Jeziora Bystrzyckiego na północy i Gołębiej na południu. Szczyt Wielkiej Sowy porasta górnoreglowy bór świerkowy.
W środkowej części masywu Gór Sowich, spotkać można: wiąz górski, lipa drobnolistna, grab zwyczajny, lipa szerokolistna, dąb szypułkowy, leszczyna, bez czarny i bez koralowy. W bogatym runie obficie rośnie: czosnek niedźwiedzi, kopytnik pospolity, pierwiosnka wyniosła, szczyr trwały, przytulia wonna oraz coraz rzadziej spotykane: żywiec dziewięciolistny, lilia złotogłów i pokrzyk wilcza jagoda. W buczynach oraz w innych lasach liściastych spotkać można też pięknie pachnącego, ale trującego wawrzynka wilczełyko oraz kilka gatunków rzadkich i zagrożonych storczyków: kukułka plamista, kukułka Fuchsa, listera jajowata, kukułka plamista (storczyk plamisty), podkolan biały i buławnik mieczolistny.
Tekst, mapy, zdjęcia opracowano na podstawie: