Ponad połowę (58%) obszaru Parku zajmują lasy i to one dominują w szacie roślinnej. Jednak z powodu stosunkowo dużej ilości wsi, a także przeszłości związanej z kopalnictwem, nie stanowią one zwartego kompleksu leśnego. Biocenozy leśne stanowią mozaikę siedlisk. Przejścia pomiędzy poszczególnymi, sąsiadującymi ze sobą siedliskami leśnymi są ostre i wyraźne. Szczególnie widoczne jest to na styku obszaru pradoliny Nysy Łużyckiej, a morenowymi wyniesieniami Łuku Mużakowa. Pradolina ma wyraźnie zaznaczającą się w krajobrazie skarpę brzeżną, miejscami wysoką na 30-40m. Jej dno pokryte jest lasami o charakterze łęgowym z wierzbą kruchą, iwą i miejscowo z dębem szypułkowym. Łęgi położone na starszych terasach o naturalnym składzie gatunkowym zachowały się tylko w niewielkich fragmentach. Trzon Łuku (wyniesienia) pokrywały drzewostany pierwotnie mieszane. W wyniku monotypizacji zbiorowiska sosnowe z domieszką dębu bezszypułkowego, oraz bogatsze lasy mieszane z panującym dębem i domieszką sosny, zachowały się dziś już tylko fragmentami. Ciekawostką zaś jest, że niemieccy botanicy wydzielili na tym obszarze odrębny gatunek nazywany "świerkiem łużyckim". Charkteryzuje się on drobnosłoistością oraz odpornością na spóźnione przymrozki.

Na terenie Parku wyróżniono 14 typów siedlisk przyrodniczych zamieszczonych w „Dyrektywie siedliskowej” Natura 2000, m.inn.: grąd środkowoeuropejski, żyzne buczyny niżowe, lasy łęgowe i nadrzeczne zarośla wierzbowe, łęgowe lasy dębowo-wiązowo-jesionowe, wydmy śródlądowe z murawami szczotlichowymi, eutroficzne zbiorniki wodne z roślinnością pływającą. Na całym obszarze Parku, szczególnie na terenach zalewowych, a także w izolowanych zagłębieniach bezodpływowych występują płaty szuwarów turzycowych i trzcinowisk. Często towarzyszą im kompleksy zarośli wierzbowych z udziałem wierzb: wikliny, uszatej, siwej, trójpręcikowej i kruchej.

W Parku stwierdzono do tej pory występowanie 625 gatunków roślin naczyniowych. Wśród nich 27 gatunków jest objętych ochroną gatunkową, a 4 są z Czerwonej Listy gatunków zagrożonych w Polsce.
Szczególnie interesujące są rośliny, które na terenie Parku osiągają granice swoich zasięgów. Wschodnią granicę zasięgu mają tu: nawodnik sześciopręcikowy Elatine hexandra, wrzosiec bagienny Erica tetralix i selery węzłobaldachowate Apium nodiflorum (jedyne stanowisko w Polsce). Drugą grupę stanowią rośliny, które osiągają tu północną granicę zasięgu tj. jodła Abies alba i świerk Picea abies.

Swoistą, florystyczną ciekawostką regionu jest rezerwat kulturowy „Park Mużakowski” w Łęknicy/BadMuskau. Obok rodzimych gatunków drzew i krzewów, występują tu gatunki obce dla naszego klimatu, a także liczne krzyżówki i odmiany. Twórca „Parku Mużakowskiego” – książę Hermann von Pückler był znawcą ogrodnictwa, eksperymentował także z nowymi odmianami roślin. Arboretum „Parku Mużakowskiego” w XIX w. było jednym z najznamienitszych w Europie, z największą kolekcją roślin drzewiastych. Wysadzono tutaj ok. 3000 taksonów w oddziałach: Pinetum, Salicetum, Quercetum i Pomacetum (Michałowski 1997). Obecnie możemy podziwiać m.inn.: imponujący okaz rzadkiej odmiany świerka - świerk kaukaski, pomnikowe daglezje, choiny kanadyjskie, sosny czarne, dęby szkarłatne, dęby omszone, kasztany jadalne, sekwoje oraz liczne odmiany wiciokrzewów.

Różnorodność typów siedlisk, które występują w Parku wpływa na bogactwo gatunkowe fauny.Do tej pory stwierdzono tu: 40 gatunków ważek, 57 gat. chrząszczy, 55 gat. motyli, 34 gat. ryb, 14 gat. płazów, 7 gat. gadów, 152 gat. ptaków i 46 gat. ssaków.

Duża liczba zbiorników wodnych oraz cieków sprawia, że na terenie Parku odnotowano wiele rzadkich gatunków ważek. Do szczególnie cennych należą m.inn.: żagnica torfowa Aeshna juncea, zalotka białoczelna Leucorrhinia albifrons, szablak szkocki Sympetrum danae (gatunki parasolowe wód torfowiskowych), świtezianka dziewica Calopteryx virgo, lecicha mała Orthetrum coerulescens, trzepla zielona Ophiogomphus cecilia (gatunki parasolowe wód płynących). W grupie chrząszczy szczególną uwagę zwracają gatunki, których siedliska wymagają martwego drewna np. wepa marmurkowa Protaetia lugubris, ciołek matowy Dorcus parallelipipedus oraz gatunek priorytetowy pachnica dębowa Osmoderma eremita.

„Pojezierze antropogeniczne” (przede wszystkim zaś zbiorniki, które uległy całkowitej lub częściowej neutralizacji), kompleksy stawów hodowlanych, rowy i oczka wodne tworzą wyjątkowo dogodne warunki dla bytowania różnych gatunków płazów. W Parku mamy 80% wszystkich gatunków płazów występujących w Polsce. Obok 5 gatunków żab zielonych i 3 gat. ropuch, można tu spotkać rzadką już rzekotkę drzewną Hyla arborea czy grzebiuszkę ziemną Pelobates fuscus. Na szczególną uwagę zasługuje także traszka grzebieniasta Triturus cristatus i kumak nizinny Bombina bombina - gatunki z Czerwonej Listy Zwierząt. Za ciekawostkę regionu uznać można występowanie traszki górskiej Triturus alpestris.
Na krajobraz Parku składają się elementy: rolnicze (pola, łąki, pastwiska), leśne, wodno-leśne, wodne, parkowe i górskie (wzniesienia, wąwozy). Sprawiają one, że występują tu ptaki różnych typów siedlisk. Ogólnie ze 152 gatunków ptaków stwierdzonych na obszarze Parku - 129 to gatunki lęgowe.

Największa liczba gatunków zanotowanych w Parku związana jest z siedliskiem wodnym i wodno-leśnym. Na szczególną uwagę zasługują: bąk Botaurus stellaris, świstun Anas penelope, kania czarna Milvus migrans, bielik Haliaeetus albicilla i rybołów Pandion haliaetus. Wszystkie wymienione gatunki wpisane są na Czerwoną Listę Zwierząt.

Cennymi gatunkami ssaków z terenu Parku są: nocek łydkowłosy Myotis dascyneme, nocek duży Myotis myotis, mopek Barbastella barbastellus, wydra Lutra lutra i wilk Canis lupus. Z uwagi na dużą lesistość obszaru, istotnym elementem są także: dziki Sus scorfa, sarny Capreolus capreolus, daniele Dama dama i jelenie Cervus elaphus.

Park Krajobrazowy „Łuk Mużakowa” oprócz wartości przyrodniczych flory i fauny, posiada swoją wyraźną specyfikę związaną z walorami geologicznymi. Wyjątkowo ładnie ukształtowany zarys małego lobu lodowca (morena czołowa) jest wyjściem do poznania historii obszaru, procesów powstawania form geologicznych – działalności lądolodów. Ciężki lob lodowca zaburzył tutaj i wycisnął utwory mioceńskie na swoim przedpolu. Wyciśnięte utwory mioceńskie zawierały cenne surowce mineralne: węgiel brunatny, piaski szklarskie, iły ałunowe, gliny i żwiry. Miejscami pokłady węglowe wychodzą prawie na powierzchnię ziemi. Takie przemodelowanie warstw niezwykle ułatwiło proces wydobywczy. Obok węgla brunatnego wydobywano na tym obszarze: iły ałunowe (leżą nad pokładami węglowymi), gliny i piaski szklarskie (poniżej pokładów węglowych). W wyniku eksploatacji surowców metodą odkrywkową powstawały wyrobiska, które z czasem wypełniały się wodą. Tak powstało, obecnie największe w Polsce, tzw. „pojezierze antropogeniczne”. Zbiorniki pokopalniane różnią się barwą. Jedne są zielone, niebieskie lub turkusowe, inne pomarańczowo-czerwone, brunatne, a nawet czarne. Uzależnione jest to od składu chemicznego wody i podłoża. Wyrobiska po eksploatacji iłów zwykle mają barwę niebieską lub zieloną. Wyrobiska powęglowe często są rdzawe lub czarne.

W wyniku eksploatacji odkrywkowej powstały także duże powierzchnie składowisk skał nadkładu. Wyjątkowo trudno zachodzi na nich proces rekultywacji, gdyż są to skały zakwaszone, zanieczyszczone pyłem węglowym, ubogie w związki mineralne i niestabilne. Ulegają one ciągłym, intensywnym procesom erozji. Łatwo zaobserwować tu formy powstałe w wyniku erozji deszczowej (ablacja), wiatrowej (eoliczna), rzecznej (fluwialna) oraz efekty działalności wód wymywających (formy sufozyjne). To przyczyniło się do tego, że obszar polskiej części moreny czołowej zwanej „Łuk Mużakowa” otrzymał w październiku 2009 r. z rąk Podsekretarz Stanu w Ministerstwie Środowiska, Głównego Geologa Kraju, dr Henryka Jacka Jezierskiego, certyfikat pierwszego w Polsce Krajowego Geoparku, a we wrześniu 2011r. na X Konferencji Geoparków w Norwegii  niemiecko-polski Geopark „Łuk Mużakowa” został przyjęty do Europejskiej Sieci Geoparków. Szczególne nagromadzenie w południowej części Łuku Mużakowa, atrakcyjnych form i zjawisk o podłożu geologicznym sprawiło, że powstała idea utworzenia tutaj ścieżki geoturystycznej. Już od listopada 2012 roku udostępniona została do zwiedzania Ścieżka znajduje się w okolicy Łęknicy i Nowych Czapli, na terenie byłej kopalni węgla brunatnego. Jej długość to ponad 5 km. Zobaczyć tu można tzw. geostanowiska: odsłonięcie pokładów węgla brunatnego (wychodnię węgla brunatnego), źródliska mineralizowanych wód żelazowo-siarkowych z na skorupieniami, pokopalniane zbiorniki zapadliskowe, formy erozyjne w hałdach nadkładu. Na terenie przeznaczonym do zwiedzania znajduje się 10 zbiorników pokopalnianych różnej barwy. A główną atrakcją dla zwiedzających jest 30-metrowa wieża widokowa, z której na dwóch tarasach widokowych, można podziwiać przepiękny krajobraz pokopalniany tuż nad największym zbiornikiem poeksploatacyjnym „Afryka” – dawnego wyrobiska „Łuska C”. Od roku 2015, kiedy na 38. sesji Konferencji Generalnej UNESCO powołano nowy program Nauk Geologicznych i Geoparków, Łuk Mużakowa zaliczony został do grona Światowych Geoparków UNESCO. I jest jedynym takim obiektem w Polsce i jednym z czterech transgranicznych geoparków na świecie.