cubierta por grandes bosques mixtos de pino-encino, de pinos, encinas y oyamel (abies religiosa y abies procera), en los últimos años ha sufrido un grave deterioro. La cadena alberga numerosas especies endémicas, con una amplia variedad de flora y fauna. Según el Biodiversity Management of the Madrean Archipelago Report de 1994, hasta esa fecha la Sierra Madre Occidental contaba con más de siete mil especies de plantas, de las cuales cuatro mil eran endémicas. Mientras que otras zonas boscosas del mundo cuentan sólo con cuatro o cinco especies de pinos en cada ecosistema, en la Sierra Madre Occidental se encuentran quince diferentes, más unas 25 de encinas. Sin embargo, la tala forestal inmoderada de los últimos 120 años ha deteriorado considerablemente el ecosistema, acabando con numerosas especies y poniendo a otras al borde de la extinción. Estudios realizados por J. Martjan Lammertink, Jorge A. Rojas Tomé, Federico M. Casillas Orona y Roger L. Otto permitieron determinar que prácticamente todo el bosque de la Sierra Madre Occidental ha sido sometido a programas de aprovechamiento forestal.
En la Sierra existen cuando menos 517 especies de fauna: 290 de aves, 70 de mamíferos, 87 de reptiles, 20 de anfibios y 50 de peces. Entre los mamíferos sobresalen la ardilla, el zorrillo, varias especies de murciélagos, el coyote, el guajolote salvaje, el armadillo, el venado cola blanca, la comadreja, el jabalí, el tejón, el puma, el jaguar, el ocelote y el gato montés. Aunque están en peligro de extinción, todavía existen en lo más recóndito de la Tarahumara el puma, y el oso negro.
De las aves, 24 especies son endémicas. 10 están en peligro de extinción; entre ellas, la guacamaya verde, la cotorra serrana, la coa, el águila real y el halcón peregrino. Ciertos estudios incluyen también al trogón orejón, el búho manchado y la chara pinta entre las aves en peligro de extinción.
De los reptiles, 22 especies son endémicos y de los anfibios doce tienen ese carácter. Entre los peces de agua dulce, algunos comestibles, destacan la trucha arco iris, Eleotris picta, la Cichlasoma beani y peces de la familia poeciliidae y Eleotridae.
