L'ecosistema ambientale dell'Alta Murgia è di grande importanza naturalistica in quanto rappresenta l'ultimo esempio di pseudo-steppa mediterranea presente nell'Italia peninsulare ed uno dei più importanti del Mediterraneo.
Le specie vegetali spontanee censite sono circa 1.500 e rappresentano il 25% delle 6.000 specie presenti in Italia. Di particolare rilevanza e varietà sono i micropaesaggi dei licheni, dei muschi, delle steppe a graminacee o lande in cui crescono alcune specie di stipa (Stipa tortilis e austroitalica) chiamate comunemente ‘lino delle fate' . Nei pascoli, in cui si sviluppano le specie endemiche più rappresentative tra cui le orchidee selvatiche ( Ophris mateolana ), alcune porzioni sono cespugliate, altre arborate con prevalenza del ‘perazzo'.
Lo strato erboso è costituito principalmente da graminacee e si caratterizza per la presenza di ferule e asfodeli . Tra i funghi va annoverata una specie pregiata: il cardoncello ( Pleurotus eryngii) .
Nei boschi le specie prevalenti sono la roverella ( Quercus pubescens ), il fragno , la coccifera, il leccio, il cerro e il farnetto.
L'Alta Murgia è ricca di nicchie ambientali che permettono la vita di molte specie appartenenti alla fauna selvatica (anfibi, rettili, uccelli e mammiferi). Tra gli anfibi si segnalano il tritone italico , il rospo comune e smeraldino, la rana verde; tra i rettili (14 specie) si annovera il geco di Kotschy ; tra i mammiferi (17 specie) l'istrice, la lepre, la volpe, la faina e il riccio.
L'Alta Murgia è popolata da numerose specie di uccelli (circa 88 specie nidificanti) tra cui la calandra, lo zigolo capinero e il lanario , e sopratutto ospita la più importante e numerosa popolazione europea del falco grillaio ( Falco naumanni) .