La diversidad vegetal de Villa de Mazo es extraordinaria gracias a su posición en la vertiente este de la isla y la influencia constante del mar de nubes. En las zonas bajas, cerca de la costa, persiste un matorral xerófilo donde predominan el cardón (Euphorbia canariensis) y las tabaibas dulce y amarga (Euphorbia balsamífera y E. lamarckii), junto a especies como la retama blanca (Retama rhodorhizoides) o el arrebol (Echium brevirame), que marcan la transición entre costa y medianía.
En áreas de transición al monteverde, aunque muchas están antropizadas, aún sobreviven ejemplares notables de sabina (Juniperus phoenicea), peralillo (Maytenus canariensis), acebuches (Olea europaea ssp. cerasiformis), espino (Rhamnus crenulata) e hipérico canario (Hypericum canariense). Más arriba, en los dominios del mar de nubes, se desarrolla el monteverde, con bosques de laurisilva y fayal-brezal. Aquí crecen el laurel (Laurus novocanariensis), el viñátigo (Persea indica), el acebiño (Ilex canariensis), la faya (Myrica faya) y el brezo (Erica arborea), acompañados por helechos, líquenes y musgos, especialmente abundantes en las vaguadas húmedas.
En cotas superiores, por encima de los 1.800 m, aparece el matorral de cumbre dominado por el codeso (Adenocarpus viscosus spartioides) y acompañado por endemismos como la violeta palmera (Viola palmensis), Teline benehoavensis, Echium gentianoides o Tolpis calderae. En los pinares, cuya especie dominante es el pino canario (Pinus canariensis), el sotobosque incluye jaras (Cistus symphytifolius), tagasastes (Chamaecytisus proliferus) y corazoncillos (Lotus hillebrandii). En las zonas de coladas jóvenes, vegetación pionera de Plantago y líquenes inicia el proceso de colonización.
Entre los endemismos palmeros más llamativos se encuentran suculentas como Aeonium davidbramwellii, Aeonium nobile, el gongarillo (Aichryson palmense), y especies exclusivas como el cardoncillo (Ceropegia hians), el pico de fuego (Lotus pyranthus) y el picocernícalo (Lotus eremiticus), ambas catalogadas en peligro de extinción. Existen además ejemplares centenarios de drago (Dracaena draco), protegidos y representativos del patrimonio vegetal vivo del municipio.
La fauna de Villa de Mazo está marcada por el aislamiento geográfico de la isla y su variedad de hábitats. Entre los reptiles destaca el lagarto tizón palmero (Gallotia galloti palmae), especie clave del ecosistema insular, presente desde la costa hasta la cumbre, muy abundante en zonas agrícolas y muros soleados. Otro reptil común es el perenquén o salamandra (Tarentola delalandii), un gecko que se encuentra en cotas bajas, especialmente por debajo de los 500 m.
Los únicos mamíferos endémicos son murciélagos: el de Madeira (Pipistrellus maderiensis) y el orejudo canario (Plecotus teneriffae), ambos insectívoros y nocturnos.
Las aves componen el grupo más visible. La graja (Pyrrhocorax pyrrhocorax barbarus), símbolo de La Palma, sobrevive aquí tras extinguirse en otras islas. La aguililla (Buteo buteo insularum), el cernícalo (Falco tinnunculus canariensis) y el gavilán (Accipiter nisus) completan el grupo de rapaces. Durante la noche, aparecen el búho chico (Asio otus) y la lechuza común (Tyto alba).
En ambientes más tranquilos, abundan el canario silvestre (Serinus canaria), el pardillo (Carduelis cannabina), el jilguero (Carduelis carduelis), varias especies de currucas (cabecinegra, capirotada y tomillera), el mosquitero canario (Phylloscopus canariensis), el petirrojo (Erithacus rubecula), el mirlo (Turdus merula cabrerae), el pinzón (Fringilla coelebs palmae), el herrerillo (Cyanistes caeruleus palmensis) y el reyezuelo (Regulus teneriffae). Las palomas de la laurisilva, la rabiche (Columba junoniae) y la turqué (Columba bollii), completan el elenco, compartiendo hábitat con la pardela cenicienta, la patiamarilla y el petrel de Bulwer.
En cuanto a invertebrados, La Palma alberga una riqueza excepcional. Especies emblemáticas incluyen el saltamontes Acrostira euphorbiae, el escarabajo Buprestis bertheloti, la abeja Eucera gracilipes, la mantis Pseudoyersinia canariensis, y la libélula Promachus palmensis. Entre los endemismos más delicados figuran el escarabajo cavernícola Medon feloi y la mosca de alas atrofiadas Aptilotus martini. Las mariposas destacan por su belleza: la Gonopteryx palmae en la laurisilva, la Pieris cheiranthi benchoavensis en cultivos y la estridente Vanessa vulcania en matorrales con ortigas.
El medio marino palmero, que incluye la costa de Mazo, es igualmente diverso. Entre las especies más características están la vieja (Sparisoma cretense), el abade (Mycteroperca fusca), la salema (Sarpa salpa), el medregal (Seriola spp.), la langosta canaria (Scyllarides latus), y especies de coral negro en fondos rocosos. También se observan delfines como el mular (Tursiops truncatus), y tortugas como la boba (Caretta caretta), así como algas del género Cystoseira, Dictyota, Lophocladia y Cotoniella, colonizando las nuevas fajanas submarinas.