Растительность острова Мадейры является очень богатой и разнообразной по видовому составу, во многом уникальная, заключая немало эндемичных видов. Примерно 15 тыс. га в разных частях острова занимают леса лаурисилвы, что составляет 20% всей площади острова. Эти реликтовые тропические леса по видовому составу представлены деревьями семейства лавровых и растут на высоте от 300 до 1400 метров над уровнем моря в северной части острова, от 700 до 1600 — в южной. Считается, что около 90% лаурисилвы является девственными лесами, которые являются уникальными ареалами для многочисленных раритетных, реликтовых и эндемичных видов растений: мохообразных, папоротникообразных, покрытосеменных, а также беспозвоночных видов животных. Эндемики лаурисилву включают 66 видов сосудистых растений и мадейрского голубя, что послужило одной из причин того, что в 1999 году этот лес был объявлен мировым наследием ЮНЕСКО.

На протяжении многих лет лаурисилву считали единственным коренным типом леса на острове, однако недавние исследования показывают наличие пяти коренных типов лесных группировок на Мадейре: Olea maderensis, Apollonias barbujana, Ocotea foetens, Persea indica, Erica arborea. Общее же количество представителей сосудистых растений на острове составляет 1226 видов, включая коренные и интродуцированные виды, причем 123 является эндемичными.

Кроме того, на острове есть множество парков и садов, в которых растет немалое количество видов растений, завезенных сюда из разных континентов мира. Однако главным ботаническим садом является расположенный в северной части Фуншала Ботанический сад Мадейры (порт. Jardim Botanico da Madeir), захватывающий посетителей своей роскошной растительностью. Этот сад поражает своими гармоничными формами и редкими цветными контрастами, а расположение его аллей позволяет посетителям наслаждаться одновременно морским побережьем города и окружающими его холмами. На территории ботанического сада растет более 2 тыс. экзотических видов растений. С 2005 года сад имеет станцию канатной дороги, время проезда по которой в центр Фуншала составляет около 7 минут. Другими важными садами является Тропический сад «Монте-Паласе» (порт. Jardim Tropical Monte Palace) и Муниципальный сад Фуншала, где собраны самые красивые экземпляры островной флоры.

Сочетание тропических и средиземноморских видов растений определяет изумрудно-зеленый цвет острова, где круглый год можно наблюдать за цветением орхидей, стрелитций, антуриум, магнолий и азалий среди многих других видов цветов. Животный мир Мадейры условно делят на три группы: наземную, прибрежные и морскую фауну. В свою очередь, в зависимости от физической структуры, глубины и других характеристик, прибрежная фауна заселяет 4 зоны. Одним из важнейших представителей птиц является упомянутый выше голубь Columba trocaz, что считается эмблемой лаурисилвы. Наиболее представленным классом наземной фауны Мадейры являются насекомые, которые составляют около 75% всего ее видового состава, причем 20% из них являются эндемиками для острова. Наземные моллюски насчитывает 31 семью с 291 видом.

В прибрежной фауне наземной зоны, что является переходом между сушей и морем, доминируют некоторые ракообразные, ящерицы, насекомые и птицы, а также цианобактерии, полихеты. Остальные три зоны прибрежной фауны представлены значительным видовым разнообразием рыб. Мелкие воды заселены представителями семьи бычковых. Морская фауна острова во многом похожа на свой средиземноморский аналог, что объясняется географическим расположением Мадейры на почти одинаковом с Гибралтарским проливом широтой. Однако и здесь выделяют присущие только этому острову виды, в частности рыба-сабля черная (Aphanopus carbo), рыба-ящерица (Macrouridae) и некоторые представители ряда черепаховых. Выделяют также китообразных и тюленя-монаха (Monachus monachus).

Примерно 2/3 площади острова пользуется статусом природоохранной территории. Начиная с 1982 года Региональным правительством Мадейры был создан один природный парк и три природных заповедника. Природный парк Мадейры (порт. Parque Natural da Madeira) было образовано в 1982 году и является крупнейшим по площади на острове. Кроме лаурисилвы, в его состав входят и другие природные комплексы и лесные экосистемы. Заповедник «Гаражау» (порт. Reserva Natural Parcial do Garaja) был создан в 1986 году и является единственным в Португалии морским заповедником. В акватории заповедника «Гаражау» можно наблюдать за экзотическими рыбами больших размеров, как например Epinephalus guaza. Это занятие является весьма популярным среди любителей подводного фотографирования. Природный заповедник «Роша-ду-Нави» (порт. Reserva Natural da Rocha do Navio), находящегося в Сантана (Северная часть острова), было образовано в 1997 году по инициативе местного населения. Он включает прибрежную территорию, что является потенциальным ареалом тюленя-монаха, которого местное население называет «морским волком», а также небольшой островок, на скалах которого растут редкие для Макаронезии виды растений. На территории крайнего востока острова находится природный заповедник «Понта-де-Сан-Лоуренсу» (порт. Reserva Natural da Ponta de S. Lourenc), создание которого приходится на 1982 год. В этом заповеднике можно увидеть эндемические виды флоры и фауны, а также посетить так называемый центр окрестные воспитания.