El Parque Nacional Natural Guanentá Alto Río Fonce se caracteriza por proteger dos ecosistemas fundamentales para la regulación hídrica y la biodiversidad: los bosques húmedos montanos y los páramos. Los bosques húmedos montanos se encuentran en las áreas de transición entre las zonas bajas y las más altas del parque. Estos bosques presentan una vegetación densa y diversa, con árboles cubiertos de musgos, líquenes y epífitas. Este ecosistema alberga una gran variedad de flora y fauna, desempeñando un papel esencial en la captación y conservación del agua, así como en la regulación climática.

Por otro lado, los páramos del parque son ecosistemas únicos que se desarrollan en las zonas más altas, generalmente por encima de los 3000 metros sobre el nivel del mar. Estos ecosistemas se caracterizan por sus condiciones climáticas extremas, con bajas temperaturas, alta humedad y radiación solar intensa. En los páramos, predominan especies vegetales adaptadas, como frailejones, gramíneas y plantas en cojín, que cumplen funciones vitales en la retención de agua y la formación de fuentes hídricas. Los páramos del Parque Guanentá Alto Río Fonce son cruciales para garantizar el suministro de agua a las comunidades circundantes, ya que actúan como «fábricas de agua» naturales.

Las aves, los anfibios y las mariposas son los grupos faunísticos mejor estudiados y más representativos del santuario, de los cuales se han reportado 170 especies de aves, donde se destacan especies como el cóndor colombiano (Vultur gryphus), la perdiz (Odontophorus strophium), el Cucarcahero de los Andes (Cistothorus apolinari) y el Tordo montañero (Macroagelaius subalaris), quienes están clasificados en categoría de amenaza alta. Asimismo, se reportan 47 especies de mariposas y 3 especies endémicas de anfibios. El santuario alberga grandes mamíferos como el Puma (Puma concolor), Oso de anteojos (Tremarctos ornatus), Venado soche (Mazama rufina), Tinajo (Cuniculus paca) y gran variedad de insectos.

La franja boscosa del santuario alberga los rodales de Quercus humboldtii (Roble) más grandes que existen a nivel nacional, especies de Ceroxylon quindiuense (Palma de Cera) y relictos de Podocarpus oleifolius (Pino colombiano), así como zonas extensas de Polylepis quadrijuga (coloradito), especies categorizadas en amenaza. Es catalogada como centro de especiación para el ecosistema paramuno, ya que es el área protegida que cuenta con más especies de frailejón descritas en Parques Nacionales Naturales de Colombia, de las cuales tres (3) son especies endémicas que presentan algún grado de amenaza (Espeletia cachaluensis, Espeletia chontalensis y Coespeletia laxiflora).

El Santuario de Fauna y Flora Guanentá Alto Río Fonce, se destaca por ser un área estratégica para la conservación de especies frágiles y con alto grado de amenaza, además, juega un papel importante en la región por ser uno de los principales proveedores del servicio hídrico en gran parte de los municipios de su jurisdicción. Esta área protegida es pionera en la propagación de frailejones, catalogándose como uno de los viveros de alta montaña más grandes e importantes del país, lo que ha permitido un apropiamiento de los actores sociales en la participación de iniciativas de siembra y procesos de cultivo de estas especies; así mismo, mantiene excelentes relaciones con las comunidades que lo circundan, lo que ha permitido la generación de acuerdos de conservación para no causar presiones dentro del área protegida y favorecer la conservación y protección en zonas aledañas a los predios de su propiedad.