Cho đến thời điểm hiện nay, sự đa dạng của các đặc điểm karst đa giác đã được ghi nhận không có ở bất cứ nơi nào khác trên thế giới. Dưới lòng đất, sự đa dạng phi thường của các hang động (bao gồm hang khô, hang bậc thang, hang cây và hang giao cắt) cung cấp bằng chứng về các quá trình địa chất trong quá khứ, từ những đường sông cổ, bỏ hoang hoặc thay đổi tuyến đường sông, đến sự lắng đọng và sau đó là sự hòa tan lại của các thạch nhũ khổng lồ.

Đặc biệt quan trọng là các hang động Sơn Đoòng và Xe Bang Fai chứa đựng đoạn hang động lớn nhất thế giới được ghi nhận về đường kính và tính liên tục và đoạn hang sông hoạt động lớn nhất cũng như hồ chứa hang động đơn lẻ (nước được hình thành bởi trầm tích canxit) tương ứng.

Cùng với đó, Vườn quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng và Vườn quốc gia Hin Nam Nô là nơi bảo vệ các hệ sinh thái có ý nghĩa toàn cầu trong vùng sinh thái đất liền Rừng nhiệt đới Annam Bắc, các vùng sinh thái nước ngọt Annam Bắc và Annam Nam và các vùng sinh thái ưu tiên Rừng Ẩm ướt Dãy Annam.

Sự phức tạp và tính nguyên vẹn tương đối của cảnh quan đá vôi đã dẫn đến việc tạo ra nhiều hốc sinh thái, tạo cơ hội cho các quá trình tiến hóa sinh thái và các loài. Hai vườn quốc gia là nơi sinh sống của các loài động, thực vật chuyên biệt cao và đặc hữu cả trên mặt đất (như một số loài lan và Thu hải đường) và dưới lòng đất (với một số loài động vật không xương sống và cá bị giới hạn trong các hệ thống hang động đơn lẻ).

Bên cạnh đó là sự đa dạng sinh học phong phú về mặt đất, nước ngọt và dưới lòng đất có thể được tìm thấy ở khu vực này. Hơn 2.700 loài thực vật có mạch và 800 loài động vật có xương sống được ghi nhận ở Vườn quốc gia Phong Nha - Kẻ Bàng, trên 200 loài bị đe dọa toàn cầu tại thời điểm công nhận năm 2015 và 400 loài đặc hữu của miền trung nước Lào, Việt Nam.

Hơn 1.500 loài thực vật có mạch (từ 755 chi khác nhau) và 536 loài động vật có xương sống đã được ghi nhận ở Vườn quốc gia Hin Nam Nô, bao gồm nhiều loài bị đe dọa toàn cầu và đặc hữu, bao gồm loài Nhện Săn khổng lồ, loài nhện lớn nhất theo sải chân trên toàn cầu và đặc hữu của tỉnh Khăm Muộn (Lào).

Sự phong phú về loài tại khu di sản có khả năng vượt quá sự phong phú riêng của hai vườn quốc gia tương ứng do sự khác biệt về địa hình và hốc sinh thái. Đồng thời, khu di sản là nơi sinh sống của 10 - 11 loài linh trưởng, 4 loài trong số đó là đặc hữu của dãy núi Annam, cùng quần thể còn lại lớn nhất của Vượn má trắng miền Nam và Voọc đen đặc hữu.