สภาพป่าโดยทั่วไปภายในพื้นที่อุทยานแห่งชาติเขาหลัก-ลำรู่ ประกอบด้วย
ป่าดิบชื้น มีพื้นที่ขนาดใหญ่ครอบคลุมพื้นที่อุทยานแห่งชาติเขาหลัก-ลำรู่ไว้เกือบทั้งหมด มีพันธุ์ไม้ที่สำคัญ ได้แก่ ยางขน ยางมันหมู ไข่เขียว ตะเคียนราก กระบาก ก้านตอง บุนนาค ชันรูจี เทพทาโร ทำมัง สะทิบ มังตาน พิกุลป่า แซะ เสียดช่อ หันช้าง สะตอ เหรียง สัตตบรรณ มะกอกป่า สะท้อนรอก ตาเสือ เงาะป่า และคอเหี้ย เป็นต้น สำหรับไม้พุ่มที่พบได้แก่ เข็มป่า ไม้เท้ายันยาด โมกแดง คันหามเสือ ตาเป็ดตาไก่ ปอผ่าสาม มะเดื่อขี้นก เตยหนู ลิ้นกวาง คุยช้าง เถาไฟ สะบ้า พริกไทยป่า ย่านอวดน้ำ เตยย่าน และตะเข็บ พืชล้มลุกที่พบตามพื้นดิน ได้แก่ เปราะป่า กระทือแดง เอื้อง หมายนา ข่าคม ว่านงดดิน แก้วหน้าม้า ผักหนาม มะพร้าวนกคุ่ม คล้า คลุ้ม เนระพูสีไทย และว่านพังพอน ส่วนพืชเบียดรากที่พบได้แก่ กระโถนพระราม พันธุ์ไม้จำพวกปาล์มได้แก่ ฉก หมากเจ ชิง กะพ้อ ค้อ เต่าร้างแดง และหวายชะโอนเขา พืชจำพวกหวายและไผ่ ได้แก่ ไผ่เรียบ ไผ่ผาก เป็นต้น พืชอิงอาศัยจำพวกเฟิน ได้แก่ กระปรอกหางสิงห์ เกล็ดนาคราช กูดหิน กูดหางค่าง ว่านกีบแรด รังไก่ หัวอ้ายเป็ด นอกจากนี้ยังพบพืชเมล็ดเปลือย ได้แก่ ขุนไม้ ซึ่งพบต้นที่มีขนาดใหญ่มาก เส้นรอบวง 205 เซนติเมตร สูงประมาณ 40 เมตร และพญาไม้

ป่าชายหาด เป็นสังคมพืชที่ขึ้นอยู่บริเวณชายฝั่งทะเล ที่เป็นดินทราย และบริเวณฝั่งทะเลที่มีโขดหินกระจายอยู่ทั่วไป พันธุ์ไม้ที่ขึ้นอยู่ในป่าชายหาดจัดเป็นพืชทนเค็ม เนื่องจากได้รับอิทธิพลของไอเค็มจากน้ำทะเล บริเวณชายฝั่งที่ติดกับทะเล พันธุ์ไม้ที่พบ ได้แก่ กระทิง หูกวาง จิกทะเล หยีทะเล โพกริ่ง โพทะเล ปอทะเล ตีนเป็ดทะเล สนทะเล โกงกางหูช้าง และปรงทะเล พันธุ์ไม้เหล่านี้มีความสูงไม่มากนัก ลำต้นคดงอ หรือเอนเอียงไปเนื่องจากอิทธิพลของแรงลม ไม้พุ่มที่พบได้แก่ รักทะเล พืชล้มลุกที่ทอดเลื้อยไปตามหาดทราย ได้แก่ ผักบุ้งทะเล บริเวณชายฝั่งที่เป็นหาดทราย และบริเวณที่มีโขดหินกระจายอยู่โดยทั่วไป ซึ่งอยู่ห่างจากฝั่งขึ้นมาก นอกจากนี้พบพันธุ์ไม้

ป่าชายเลน ที่ส่วนสืบพันธุ์ถูกน้ำทะเลพัดพามาติดที่ชายฝั่ง สามารถงอกตั้งตัว และเติบโตอยู่ได้ ได้แก่ แสมทะเล ฝาดแดง ตะบูนขาว เล็บมือนาง ถั่วขาว พังกาหัวสุมดอกแดง โกงกางใบเล็ก โกงกางใบใหญ่ จีง้ำ และตาตุ่มทะเล

เนื่องจากสภาพภูมิประเทศ ภูมิอากาศ และองค์ประกอบของพืชพันธุ์ของป่า มีความอุดมสมบูรณ์ทั้งพืช อาหาร และแหล่งน้ำ จึงเป็นที่อยู่อาศัยของสัตว์ป่าที่สำคัญ ได้แก่

สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ประกอบด้วย เลียงผา สมเสร็จ กระแตใต้ บ่าง หมีขอ พังพอนเล็ก กระจ้อน ค้างคาวขอบหูขาวใหญ่ ค้างคาวขอบหูขาวกลางค้างคาวหน้ายาวใหญ่ เป็นต้น

สัตว์เลื้อยคลาน ประกอบด้วย กิ้งก่าบินปีกสีส้ม กิ้งก่าเขาหนามยาว ตะกวด งูแสงอาทิตย์ งูลายสอสวน งูกะปะ และงูเขียวหางไหม้ท้องเหลือง เป็นต้น

สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก มักพบอาศัยอยู่ตามแหล่งน้ำขังหรือที่ชื้นแฉะ สัตว์กลุ่มนี้ออกหากินในกลางคืน ได้แก่ อึ่งกรายลายเลอะ จงโคร่ง กบหลังตาพับ และอึ่งข้างดำ เป็นต้น

นก พบได้ทั่วไปในอุทยานแห่งชาติ เช่น เหยี่ยวรุ้ง นกออก นกเขาเขียวและนกพญาไฟใหญ่ เป็นต้น ส่วนนกขนาดใหญ่ที่พบได้มี 3 ชนิด คือ นกเงือกปากดำ นกแก๊ก และนกกาฮัง

ผีเสื้อ ที่พบมากและกระจายทั่วพื้นที่ ได้แก่ ผีเสื้อหางตุ้มจุดชมพู ผีเสื้อหนอนมะนาว ผีเสื้อหางติ่ง ชะอ้อน ผีเสื้อขาวแคระ ผีเสื้อหนอนใบรักธรรมดา ผีเสื้อใบกุ่มธรรมดา ผีเสื้อหนองคูณธรรมดา ผีเสื้อสีตาลจุดตาห้า ผีเสื้อสายัณสีตาลธรรมดา ผีเสื้อหางแหลม ผีเสื้อสีอิฐธรรมดา ผีเสื้อแพนซีสีตาลไหม้ ผีเสื้อสะพายขาวปีกโค้ง ผีเสื้อฟ้าวาวสีต่างฤดู เป็นต้น

สัตว์ทะเล พบบริเวณชายฝั่งอุทยานแห่งชาติเขาหลัก-ลำรู่ ได้แก่ สัตว์กลุ่มปลิง เช่น ปลิงดำ ปลิงขาว ปลิงลูกปัด เป็นต้น กลุ่มเม่น เช่น เม่นหนามยาว กลุ่มดาวขนนก เช่น ดาวขนนก กลุ่มปู กลุ่มกุ้ง กลุ่มหอย เช่น หอยสังข์หนาม หอยเบี้ยเสือดาว หอยเบี้ยอารบิก หอยนมสาว เป็นต้น กลุ่มทากทะเล เช่น ทากปุ่ม เป็นต้น กลุ่มปลา เช่น ปลาไหลมอเรย์ยักษ์ ปลาปากคม ปลากระทุงเหว ปลาข้าวเม่าน้ำลึก ปลาหิน ปลาสิงโต ปลากะรังสายฟ้า ปลาเก๋าหน้าแดง ปลาอมไข่ ปลาเหาฉลาม ปลากะพงข้างปาน ปลาทราย ปลาแพะ ปลากระดี่ทะเล ปลาผีเสื้อก้างปลา ปลาโนรีครีบยาว ปลาสลิดหินบั้งหลังเหลือง ปลาการ์ตูนส้มขาว ปลานกขุนทอง ปลาเขียวพระอินทร์ ปลาพยาบาล ปลาตุ๊ดตู่ ปลาปักเป้าหนามทุเรียน เป็นต้น

หาดเล็ก   เป็นชายหาดทรายขาวละเอียด และเงียบสงบ สามารถว่ายน้ำ ดำน้ำ ดูปะการังโดยเดินเท้าจากที่ทำการอุทยาแห่งชาติประมาณ 1.5 กิโลเมตร ตลอดทางจะเดินผ่านป่า ลัดเลาะไปตามชายทะเลเขาหลัก

น้ำตกโตนช่องฟ้า   มีต้นน้ำเกิดจากคลองบางเนียง ประกอบด้วยน้ำตกจำนวน 5 ชั้นใหญ่ๆ จัดเป็นน้ำตกขนาดใหญ่ที่สวยงาม สามารถเดินทางไปตามถนนเพชรเกษม แยกเข้าบริเวณวัดพนัสนิคมในหมู่บ้านบางเนียง เป็นระยะทาง 5 กิโลเมตร ทางอุทยานแห่งชาติได้จัดเส้นทางเดินป่าบริเวณเทือกเขาหลักไปตามแนวสันเขาถึงน้ำตกโตนช่องฟ้า ระยะทาง 9 กิโลเมตร

น้ำตกลำพร้าวและน้ำตกหินลาด   มีต้นน้ำเกิดจากคลองปลายบางโต๊ะและน้ำตกทั้งสองอยู่ในลำห้วยเดียวกัน น้ำตกลำพร้าว มีชั้นน้ำตก 3 ชั้น ส่วนน้ำตกหินลาดมีชั้นน้ำตก 2 ชั้น สามารถเดินทางไปตามทางหลวงจังหวัดหมายเลข 4090 แยกเข้าบ้านทุ่งคาโงก 4 กิโลเมตร แล้วเดินเท้าต่อไปยังน้ำตกอีกเล็กน้อย

ชายทะเลเขาหลัก   เดิมพื้นที่บริเวณนี้เป็นวนอุทยานชายทะเลเขาหลัก มีลักษณะเป็นชายฝั่งทะเลยุบตัวและชายหาด มีทิวทัศน์ที่สวยงาม และเป็นที่ตั้งของที่ทำการอุทยานแห่งชาติเขาหลัก-ลำรู่ อยู่ห่างจากอำเภอตะกั่วป่ามาทางอำเภอท้ายเหมืองตามถนนเพชรเกษม 33 กิโลเมตร แล้วแยกเข้าไปเพียง 50 เมตร ฝั่งตรงข้ามเป็นศาลเจ้าพ่อเขาหลักซึ่งเป็นที่เคารพบูชาของคนทั่วไป

บริเวณนี้ประกอบด้วยแหลมหิน หาดหิน หาดทราย และปรากฏรอยเท้าที่จารึกบนแผ่นหินอยู่ใต้ต้นไทร มีจุดชมวิวในบริเวณแหลมเขาหลัก มีทางเดินศึกษาธรรมชาติจากที่ทำการอุทยานแห่งชาติไปหาดเล็ก ระยะทาง 2 กิโลเมตร มีลักษณะเป็นทางเดินเรียบชายฝั่ง นอกจากนี้ยังมีทางเดินป่าระยะไกลจากที่ทำการอุทยานแห่งชาติไปน้ำตกโตนช่องฟ้า ระยะทางประมาณ 9 กิโลเมตร บริเวณชายทะเลเขาหลักยังสามารถดำน้ำชมปะการังน้ำตื้นได้บ้างแต่ไม่มากนัก

คลองลำรูใหญ่   ลักษณะเป็นลำห้วยขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยลำห้วยขนาดเล็กจำนวนมาก แต่ละห้วยมีน้ำตกขนาดเล็กที่สวยงาม เช่น น้ำตกวังกล้วยเถื่อน เป็นน้ำตกที่มีความสูงขนาดกลาง รวม 7 ชั้น ที่สวยงามยิ่ง คลองลำรูใหญ่เป็นแหล่งน้ำที่สำคัญของอำเภอท้ายเหมือง

น้ำตกลำรู่   เป็นน้ำตกที่มีความสูงขนาดกลาง รวม 5 ชั้น มีน้ำไหลตลอดปี สวยงามน่าชม สามารถเดินทางไปโดยใช้ถนนแยกจากทางหลวงจังหวัดหมายเลข 4090 (อำเภอกะปง-บ้านกะปง-หมู่บ้านลำรู่) ผ่านที่ว่าการอำเภอกะปง ไปยังหมู่บ้านลำรู่ 9 กิโลเมตร และเดินทางต่อไปยังย้ำตกลำรู่อีก 1 กิโลเมตร