El Estrecho de Gibraltar es un espacio de enorme singularidad donde existe una amplia biodiversidad. Este hecho se debe, en primer lugar, a su situación de convergencia entre dos continentes (África y Europa) y dos masas de agua (Océano Atlántico y Mar Mediterráneo), además de ser un ecosistema configurado por tres ecodominios (terrestre, litoral/costero y marino).
Así, cuenta con un soporte físico y natural donde se pueden encontrar los relieves abruptos de la cordillera Bético-Rifeña (extendida por Andalucía y norte de Marruecos) con alturas que van desde los 2.170 m del Jbel Lakraa hasta los más de 500 metros de profundidad del Estrecho de Gibraltar. La presencia de gran cantidad de agua en sus sierras permite la existencia de ambientes donde prolifera la vida. A ello se le suman las tres provincias marinas: Lusitánica, Macaronésica y Mediterránea, donde conviven multitud de diferentes especies acuáticas.
El elemento identitario es el monte mediterráneo (tanto en la Península Ibérica como en el norte de África), a lo que se le unen las formaciones geológicas costeras inéditas, bosques húmedos relíctos de la era terciaria, acantilados y playas de bolos, dunas gigantes, desembocaduras naturales de ríos o lagunas costeras en playas de arena fina. Además, dada la considerable altura de las montañas del Rif, se localiza en estas zonas más elevadas bosques de cedros y abetos por encima de los 1.000m. Todo ello acaba conformando un espacio heterogéneo, donde las zonas terrestres cuentan con espacios muy diferenciados entre sí y donde se acumulan gran cantidad de flora y fauna variada.
Los encinares y los alcornocales son las formaciones por excelencia y junto a ellas existe una importante presencia de quejigales, robledales y melojares. En el norte de África se localizan, además, cedros (cedro del Atlas) y cipreses (ciprés del Atlas), en las zonas más altas del Rif, resultado de unas bajas temperaturas y un aumento de la humedad. También es característico del bosque mediterráneo especies como el araar y el amácigo junto a las ya citadas encinas y alcornoques, destacando otros taxones más llamativos como el drago y de acacia marroquí.
A ello se le añaden las formaciones de coníferas, formándose espacios de pinsapares de gran atractivo a ambas orillas. Estos pinsapares son los únicos abetos localizados de forma natural en Andalucía y el norte de África (Grazalema, Sierra de las Nievas y Sierra Bermeja y Parque Nacional de Talassemtane) y su distribución es el resultado del aislamiento que ha sufrido esta área desde el último periodo glaciar, que concluyó hace aproximadamente 15.000 años.
Los olivos y acebuches son especies de gran valor en la zona. Más allá de la riqueza natural que ofrecen, estas especies se han convertido en uno de los símbolos del lugar, en tanto que el hombre, en su proceso de colonización de la naturaleza, ha desarrollado un vasto espacio de cultivo de olivar que se ha convertido en el paisaje más emblemático de todo el sur de la Península y parte del norte de África.
En los ambientes costeros hallamos sabinares y enebrales, y, además, de espacios repoblados con pinos y eucaliptos.
También tienen gran importancia las zonas de matorral. Se tratan de formaciones arbustivas que se pueden clasificar en función del sustrato sobre el que se desarrollan. En zonas calizas predominan los aulagares, lentiscares y algarrobales, mientras que sobre suelos ácidos predominan los brezales, jarales y retamales.
En el frente litoral de ambas orillas, también en Ceuta, destacan farallones rocosos, donde se ubica una vegetación característica constituida por especies rupícolas aerohalófilas adaptadas a desarrollarse en los abruptos acantilados y sometidos a la acción del viento, las salpicaduras y aerosoles marinos. Hay que señalar la presencia de la especie endémica del Estrecho Limonium emarginatum o el helecho marino Asplenium marinum, que aparece siempre de forma escasa y localizada en grietas, cubetas y grutas de estas formaciones.
Por último, se ha de considerar la vegetación riparia. Localizada en las riberas de los principales cursos fluviales del ámbito, se componen principalmente de especies arbóreas como el chopo o el álamo, el sauce, el fresno, los tarajes, así como cañas, eneas, juncos y adelfas, formando bosques galería que generan un alto valor paisajístico.
Junto a esta biodiversidad florística, destaca la riqueza faunística existente en ambas orillas. La zona del Estrecho de la Península Ibérica cuenta con una fauna rica y variada. Existen multitud de mamíferos, de los que sobresale por su singularidad ecológica la nutria, mientras que en el norte de África pueden encontrarse, además de jabalí y zorro rojo, los macacos de Berbería. Estos macacos son también conocidos por su presencia en el Peñón de Gibraltar, aunque en esta zona sólo se contabilizan unos 300 ejemplares. Otros mamíferos que habitaron las zonas del norte de África como la hiena actualmente están extintos en esta área geográfica.
Además, se localizan diferentes anfibios y reptiles como la salamandra y el sapo partero el camaleón, la lagartija cenicienta o el galápago leproso, así como, tortuga mora, esta última localizada especialmente en el norte de África (muchas de estas especies están consideradas como interesantes por su endemismo o rareza). Asimismo, existen peces de aguas eopicontinentales como la colmilleja además de una importante representación de especies de lepidópteros (mariposas), como el macaón, el podalirio o la mariposa arlequín, entre otras tantas.
Además, el Estrecho destaca por ser lugar de paso de multitud de aves migratorias, llegándose a contabilizar mil aves por hora. A lo largo de un año, cruzan el estrecho alrededor de 360 especies de aves diferentes, realizando el paso dos veces: una prenupcial (primavera) en sentido sur-norte hacia las áreas de cría y otra postnupcial (otoño) en sentido Europa-África, tras el periodo de cría. En este proceso migratorio, pueden avistarse aves batidoras o remeras (paseriformes, anátidas, limícolas, etc.), las cuales avanzan batiendo las alas, pudiendo recorrer grandes distancias sobre el mar, aunque prefieren no separarse demasiado de tierra.
No obstante, son las aves planeadoras (cigüeñas y rapaces), las que se divisan en mayor proporción. Éstas, utilizan las corrientes térmicas para su desplazamiento, por lo que lo hacen sobre todo por tierra. Esto se debe a que la corteza terrestre se calienta más rápido que el aire que hay sobre el mar. Es por esto, por lo que las aves planeadoras buscan estar siempre cerca de tierra, y de ahí que se aprovechen del Estrecho en su migración, evitando grandes extensiones de mar.
Entre las aves más espectaculares en su migración se encuentran las cigüeñas blancas, los milanos negros y los abejeros europeos, que lo hacen de día y por decenas de miles, propiciando así un espectáculo visual en el cielo del Estrecho.
En cuanto a las zonas marinas, el dominio marino del Estrecho de Gibraltar es una de las áreas con mayor valor biológico, por su condición de puente entre Europa y África y por la unión de ambos mares (mar Mediterráneo y océano Atlántico).
El agua del Mediterráneo es más cálida que la del Atlántico, lo que permite una corriente superficial de agua hacia el interior del mar Mediterráneo y una contracorriente de aguas mediterráneas profundas que salen al Atlántico. Esto genera la proliferación de placton, que da como resultado un rico ecosistema marino.
Las especies faunísticas más representativas son los cetáceos, conviviendo comunidades de delfín común, delfín listado, delfín mular, el rorcual común, así como orcas, cachalotes o el calderón común. La presencia de estos animales no ha resultado indiferente a lo largo de la historia, ya que incluso la Bahía de Getares (“donde habitan los peces grandes”) le debe su nombre a estas especies. También tienen importancia los diferentes moluscos, equinodermos y tortugas de la zona.
Una mención especial merece las especias coralinas que forman los arrecifes del Estrecho, especialmente en la Zona Marítimo-Terrestre del Monte Hacho en Ceuta, donde se localizan importantes formaciones de gorgonias.
La flora marina del Estrecho se caracteriza por praderas marinas formadas por la especie vegetal fanerógama Cymodocea nodosa especialmente localizadas en los fondos arenosos entre Tarifa y Bolonia. En estos fondos arenosos también predominan las algas del orden Laminariales. A partir de 20 m de profundidad predominan las algas rojas sobre calizas, estructuradas en cinturones conforme a la profundidad y a la luminosidad. En los últimos años, la presencia de un alga invasora (Dictyota pinnatifida) está generando importantes impactos ambientales. Esta alga proviene de zonas tropicales (de Brasil hasta Panamá) y el motivo de que haya llegado hasta el Estrecho de Gibraltar parece deberse al transporte de barcos, que han traído estas especies adheridas en su casco.