Timor gehört zu Wallacea, einem Gebiet der biogeographischen Übergangszone zwischen der asiatischen und der australischen Flora und Fauna. Allerdings gibt es nur wenige australische Arten (so der Kuskus). Die wenigen Säugetiere, wie Mähnenhirsche, Flughunde, Spitzmäuse und Affen, sowie Vögel und Insekten ähneln gewöhnlichen malaiischen Phänotypen. 23 Vogelarten kommen nur in der Region Timor-Wetar vor, was Osttimor gerade für Ornithologen interessant macht. Zu den insgesamt etwa 240 Vogelarten gehören unter anderem zahlreiche Papageien, sowie Amadinen, Kakadus und die Wetar-Taube.
Aus der Gruppe der Amphibien sind in Osttimor mindestens acht Froscharten aus vier Familien heimisch. Keiner dieser Froschlurche ist allerdings endemisch nur auf Timor beschränkt. Auch Reptilien bereichern die Tierwelt Timors, so etwa der nach der Insel benannte Timor-Waran (Varanus timorensis), die Timor-Wasserpython (Liasis mackloti) und die im Meer lebende Timor-Riffschlange (Aipysurus fuscus). Eine besondere kulturelle Bedeutung hat das in Meer und Flüssen lebende Leistenkrokodil.
Die Vegetation Osttimors besteht hauptsächlich aus Sekundärwald, Savannen und Grasland. Es gibt zumeist Kasuarinengewächse, Eukalyptus, Sappanholz, Sandelholz, Cendana und Lontarholz. Die Gesamtfläche des Waldes nahm zwischen 1990 und 2000 um 0,6 % ab. Die Fläche des ursprünglichen Primärwaldes Osttimors ist auf 220.000 ha, oder ein Prozent des Territoriums, zusammengeschrumpft. Dichten Wald findet man nur noch im Süden des Landes und in den Bergregionen. Mangrovenwälder bedecken nur etwa 7.500 ha Osttimors, da im Gegensatz zu anderen Inseln des Archipels nur wenige Ausbuchtungen in der Küstenlinie vorhanden sind. Diese kommen hauptsächlich an der Nordküste vor, an der das Meer ruhiger ist. Beispielsweise findet man Mangrovenwälder bei Metinaro, Tibar und Maubara. An der Südküste breiten sich die Mangroven nicht viel weiter als über die Flussmündungen und sumpfigen Gelände hinaus aus.