En PNN Complejo Volcánico Doña Juana Cascabel conserva los ecosistemas de páramo, bosque altoandino, bosque subandino y humedales, en unas condiciones particulares de confluencia entre las vertientes pacífica y amazónica que atraviesa los andes y que aumenta la complejidad y diversidad biótica. Estos ecosistemas se encuentran bien protegidos, sin presiones ni asentamientos humanos al interior del área protegida, por ello es considerado uno de los PNN mejor conservados de todo el país.

De acuerdo con el mapa de ecosistemas continentales, costeros y marinos Escala 1:100.000 (IDEAM, et. al., 2007), el Parque Nacional Natural Complejo Volcánico Doña Juana Cascabel presenta ecosistema bosque andino húmedo que abarca el 56,08% del área protegida con 36934,94 ha, el ecosistema de páramo cubre una extensión de 23783,87 ha (36,11%) y el ecosistema bosque subandino húmedo cubre 4590,37 ha (6,97%). También se cuentan las aguas continentales lóticas que cubren 328,10 ha (0,5 %)

La cobertura vegetal predominante es Bosque Denso Alto de Tierra Firme con 57718,56 ha (87,64%), seguida de Herbazal Denso de páramo que abarca 3664,97 has (4,565 %) y Arbustal Denso de páramo con 2268,92 ha (3,445%). Esto muestra el buen estado de conservación en el cual se mantiene esta área protegida.

Las condiciones ambientales conforman el hábitat óptimo para fauna abundante y específica de esta cinturón andino -amazónico. Entre los grupos más importantes se tienen:

• Herpetos: se cuenta con 46 especies de serpientes reportadas, entre las cuales se destaca la presencia de seis especies venenosas de las familias Viperidae y siete de Elapidae. Son abundantes las serpientes no venenosas de la familia Colubridae de los géneros Atractus, Dipsas y Oxyrhopus principalmente y muchos otros menos numerosos. De acuerdo con una investigación realizada (Muñoz, 2020), se reportan en total de 22 especies de herpetos, algunas en categoría de amenaza, también se hicieron registros nuevos para el departamento del Cauca y algunas solo fue posible llevarlas hasta género. En este estudio se reportaron especies endémicas para Colombia (Pristimantis epacrus, Pristimantis leptolophus y Pristimantis boulengeri). La mayoría de especies están catalogadas por la UICN como preocupación menor (LC), a excepción de Hyloscirtus tigrinus la cual está en peligro (EN), Nymphargus garciae que aparece como vulnerable (VU) y Pristimantis epacrus que se encuentra con datos deficientes (DD) (Muñoz, 2020).
• Aves: se han registrado hasta el momento 471 especies de aves distribuidas en 51 familias y 20 órdenes; el número de especies de aves representa el 25% de la avifauna total de Colombia, aproximadamente. De los registros realizados, 23 especies de aves se encuentran en alguna categoría de amenaza, de las cuales una (1) se encuentra en Estado Crítico (CR), dos (2) En Peligro (EN), trece (13) especies en categoría Vulnerable (VU), seis en Casi amenazada (NT) y una (1) con Datos Deficientes (DD). También se han registrado las especies migratorias, boreales y australes, que frecuentan el Parque Natural y su área de influencia entre los meses de octubre a marzo las primeras y de junio a agosto las segundas. Además, teniendo en cuenta que por el flanco oriental el Parque tiene conectividad con el pie de monte amazónico, algunas de las especies de aves confirman esta conectividad ecosistémica, ya que la distribución es esencialmente amazónica y frecuentan áreas del Parque aprovechando los recursos que ofrecen los ecosistemas entre 500 y 1700 msnm.
• Mamíferos: para el período 2017 a 2020 se obtuvo el registro de 30 especies de mamíferos, de los cuales a nivel nacional una se encuentra bajo la categoría de amenaza En Peligro (EN), tres en categoría Vulnerable (VU) y una en Casi Amenazada (NT). La información obtenida evidencia que la riqueza de mamíferos en el PNN y su área de influencia es alta, lo cual sugiere la pertinencia de adelantar más investigaciones sobre este grupo taxonómico y la continuidad de la instalación de cámaras para foto – trampeo. Se destaca la especie En Peligro Tapirus pinchaque (danta de páramo) y las Vulnerables Tremarctos ornatus (oso andino), Panthera onca (jaguar) y Lagothrix lagothricha (mono churuco).

Falta investigación en otros grupos de fauna como insectos, peces, crustáceos y fósiles.

Actualmente se cuenta con el registro de 109 familias, 213 géneros y 478 especies vegetales entre líquenes, hepáticas, musgos, helechos y plantas con flores.

Algunas especies de flora del Parque tienen características similares a las del Chocó biogeográfico o de la Amazonía, que perduran del período anterior al levantamiento de las cordilleras. Otras especies han sufrido especiación ya que la cordilleras central y oriental interrumpieron la relación con el Pacífico y por ello la flora adquirió nuevas características pero emparentadas con la flora original.

• Abastecimiento y regulación hídrica: El almacenamiento de agua que realizan las coberturas vegetales naturales del PNN y los reservorios de agua, contribuye al mantenimiento de humedad durante periodos secos y ejerce una barrera hídrica que disminuye la escorrentía y evita crecientes súbitas e inundaciones a escala local. La composición arbustiva y las características edafológicas de los páramos del AP tienen condiciones especiales para la captación y el almacenamiento de agua, que beneficia a la población local, en abastos familiares y acueductos veredales.
• Cultura de medicina tradicional: las plantas medicinales del páramo se usan para curar heridas en animales, para tratar enfermedades en pulmones, como asma y bronquitis. También en el bosque subandino y altoandino se encuentran plantas que las personas reconocen benéficas para su salud.
• Hábitat de especies: El PNN es hábitat numerosas especies de aves, anfibios, reptiles, insectos y mamíferos, en especial algunas especies consideradas sombrilla como el oso de anteojos, la danta de páramo, el jaguar y el puma. Además, es resguardo de especies con algún grado de riesgo y lugar de tránsito de especies migratorias.
• Valores paisajísticos: El área protegida conserva escenarios que inspiran tranquilidad, animan el espíritu y conducen a la contemplación, el disfrute y bienestar de las poblaciones locales, tales como los Volcanes Doña Juana, Ánimas y Petacas, las lagunas como la del Mayo o pantano de Santo Domingo, los cerros como El Machete, los petroglifos, el nacimiento del río Chunchullo y las panorámicas del río Cascabel. A su vez, estos espacios son el soporte para la cultura local que encuentra allí la historia de ritos y mitos tradicionales.
• Regulación climática: Según el Atlas de Carbono de PNN DTAO (2018), la biomasa estimada de las coberturas vegetales naturales del PNN Doña Juana para 2012, retenían 17´241.085,8 toneladas de CO2 equivalente, lo cual redunda en la regulación del clima regional y muestra la importancia de la conservación de los ecosistemas de este Parque.