Rừng tự nhiên thường gặp là kiểu rừng nhiệt đới, vùng núi cao có thể gặp các loại rừng lá kim á nhiệt đới. Rừng trồng phần lớn là thông nhựa, hiện có trên 18000 ha trong đó có trên 7000 ha có khả năng khai thác, Hà Tĩnh là một trong những tỉnh có trữ lượng rừng giàu của cả nước (trữ lượng rừng trồng đạt 1469863 m3, trữ lượng rừng tự nhiên đạt 21115828 m3).

Thảm thực vật rừng Hà Tĩnh rất đa dạng, có trên 86 họ và 500 loài cây gỗ. Trong đó có nhiều loại gỗ quý như lim xanh, sến, táu, đinh, gụ, pơmu... và nhiều loài thú quý hiếm như hổ, báo, hươu đen, dê sừng thẳng, trĩ, gà lôi và các loài bò sát khác.

Đặc biệt có Vườn Quốc gia Vũ Quang (ở huyện Vũ Quang và Hương Khê) có khoảng 300 loại thực vật và nhiều loại động vật quý hiếm. Đã phát hiện được 2 loại thú quý hiếm là Sao La và Mang Lớn. Rừng Vũ Quang có địa hình núi cao hiểm trở, tách biệt với xung quanh, khí hậu nhiệt đới ẩm rất thuận lợi cho các loại động, thực vật phát triển. Đây là khu rừng nguyên sinh quý hiếm còn có ở Việt Nam là một trong những hệ sinh thái có giá trị kinh tế, khoa học và cảnh quan.

Khu Bảo tồn thiên nhiên Kẻ Gỗ cũng là một địa điểm có giá trị cao, theo số liệu điều tra, tại đây có hơn 414 loài thực vật, 170 loài thú, 280 loài chim, trong đó có 19 loài chim được ghi vào sách đỏ Việt Nam.

Ngoài ra, hệ sinh thái rừng ngập mặn ven biển Hà Tĩnh cũng khá phong phú, có nhiều loại thực động vật thuỷ sinh có giá trị kinh tế cao. Tập trung phần lớn ở khu vực các cửa sông lớn như Cửa Hội, Cửa Sót, Cửa Nhượng, Cửa Khẩu...