Det varierede landskab, de lysåbne, gamle græsningsskove med lang kontinuitet og de store mængder dødt ved på skovbunden giver Jægersborg Dyrehave en meget høj biodiversitet. Eksempelvis er der fundet hele 104 rødlistede svampearter, heriblandt flere arter af vokshatte. I skovene knytter svampene sig til såvel dødt som levende ved. Det samme gælder et stort antal sjældne biller som egeværftbille, matsort træsmælder, pragtsmælder, rød skivebuk og urskovshvepsebuk.
I de gamle hule træer kan flagermus som brunflagermus, dværgflagermus, sydflagermus, troldflagermus og vandflagermus finde skjul. Træerne benyttes også som redested af hulrugende fugle som huldue, rødstjert, grå fluesnapper, broget fluesnapper, spætmejse, korttået træløber, allike, stor flagspætte og sortspætte. I træernes hulheder har man desuden fundet den lille, blot 2,5 mm store, meget sjældne Stellas mosskorpion.
Det afvekslende landskab med både skov og åbne områder gør Jægersborg Dyrehave attraktiv for rovfugle, og både duehøg og musvåge yngler i området. I småsøerne yngler desuden gråstrubet lappedykker, lille lappedykker, blishøne, grønbenet rørhøne, knopsvane, hvinand og gråand. Vandhullerne er ynglested for flere forskellige paddearter og huser desuden den sjældne, farvestrålende lægeigle. Derudover er de temporære pytter, der om foråret opstår i lavningerne, levested for de ligeledes meget sjældne krebsdyr forårsfereje og forårsdamrokke.