El SFF se compone principalmente de manglares, Bosque seco tropical y Bosque de vega.

El Santuario se caracteriza por sus condiciones óptimas de conservación, lo cual garantiza la estabilidad de su riqueza en la diversidad de especies faunísticas y florísticas:

Dentro de los mamíferos se encuentran: el Ponche (Hydrochaerishydrochaeris), la Zorra manglera (Procyon lotor), la Zorra patona (Procyon cancrivorus proteus), el Mono colorado o aullador (Alouatta seniculus seniculus), el Mico cariblanco o maicero (Cebus albifrons), el Ratón silvestre (Oryzomys concolor concolor), el Manatí (Trichechus manatus) y la Nutria (Lutra longicaudis), así como una variedad de especies de murciélagos (pescadores, nectarívoros, frugívoros e insectívoros).

Sobresalen, así mismo, reptiles como la Babilla (Caimán crocodilus fuscus), el Caimán aguja (Crocodylus acutus) la Iguana (Iguana iguana), la Boa (Boa constrictor constrictor), la Cascabel (Crotalus durissus), la Mapaná rabo seco (Bothrops atrox) y  la Tortuga icotea (Chrysemys scripta).

Igualmente, el grupo de las aves se halla bien representado en el Santuario y dentro de este se destacan: el Pato cuervo o Longuillo (Phalacrocorax olivaceus olivaceus), el Pato aguja (Anhinga anhinga), la Chavarria (Chauna chavaria), el Gallito de ciénaga (Jacana jacana), el Gavilán indio viejo (Busarllus nigricollis nigricollis), el Gavilán caracolero (Rostrhamus sociabilis), la Garza morena (Ardeacocoa), la Garza real (Egretta alba), la Garza tina (Egretta thula), el Alcaldito (Himantopus mexicanus), el Carrao (Aramus guarauna), el Cabeza de cera o Coyongo (Mycteria americana), el Garzón soldado (Jabiru mycteria) y el Pato pisingo (Dendroyigna autumnalis). 

El Santuario tiene gran importancia como refugio para aves migratorias procedentes de Norteamérica, es el caso del Pato barraquete (Anas discors), que permanece en grandes grupos entre los meses de noviembre y abril. Además, existen varias especies de aves residentes entre las que tenemos: la Viudita (Fluvicola pica), el Pato real (Cairina moschata) y el Pato malibú (Dendrocygna viduata). Últimamente, se resalta el regreso y avistamiento del Flamenco rosado o caribeño (Phoenicoptherus ruber), del cual no se reportaba registros hacía más de una década en el área del Santuario.

Dentro de la fauna íctica del área, se encuentran al menos 53 especies de las cuales 29 son dulceacuícolas y 24 propias del estuario, pero en las ciénagas y caños del sector norte del Santuario, cuando avanza la cuña salina, las especies dulceacuícolas se repliegan hacia el sur. Muchas veces pueden presentarse mortandades masivas cuando la salinidad se torna muy alta, esto ocurre por lo general en los meses de febrero y marzo con la aparición de algas cianophitas. Entre las especies dulceacuícolas primarias destacan: el Bagre tigre (Pseudoplatystoma magdaleniatum), la Agujeta (Ctenolucius hujetainsculptus), el Bocachico (Prochilodus magdalenae), el Nicuro (Pimelodus clarias) y el Moncholo (Hoplias malabaricus) entre otros. Como especie invasora resalta en el complejo lagunar la presencia abundante de la Mojarra lora (Oreochromis cf. niloticus). 

Por su parte, en las ciénagas de agua salobre las especies más representativas son: la Lisa (Mugil incilis), el Sábalo (Tarpon atlanticus) el Róbalo (Centropomus undecimalis), la Mojara rayada (Eugerres plumieri), el Chivo cabezón (Ariopsis bonillai) y el Mapalé (Cathorops spixi). 

Manglares: estos ecosistemas están compuestos principalmente por 3 especies de mangle: Avicennia germinans (Mangle salado), Rhizophora mangle (Mangle rojo), Laguncularia racemosa (Mangle amarillo) y eventualmente por una cuarta especie, Conocarpus erectus (Mangle bobo). El manglar como ecosistema soporta en diferentes fases del ciclo de vida a numerosas especies de peces, crustáceos y moluscos (en el sistema acuático), así como a numerosos representantes de otras clases faunísticas (mamíferos, aves, reptiles y anfibios).

En los playones inundables y cuerpos de agua es posible encontrar otras especies vegetales que pueden estar asociadas al manglar, dependiendo de su conformación particular, estacionalidad de inundaciones y variación de la pendiente. Dentro de estas encontramos: el Helecho de mangle (Acrostichum cf. aereum) y la Enea (Typha dominguensis). Por otra parte, entre la vegetación herbácea y la vegetación del bosque denso pantanoso se relacionan especies como Pithecellobium lanceolatum, Ficus dendrocida (Suan), Lonchocarpus sp., Copernicia tectorum (Palmiche), Elaeis oleífera (Nolí), Pterocarpus officinalis (Tanico) y Calathea lútea.

Bosque seco tropical: existen chaparrales formados casi exclusivamente por un árbol pequeño, el Chaparro (curatella americana), asociado con el Peralejo o Noro (Byrsonima sp.). En general, en el paisaje de la llanura del Caribe se pueden observar enormes fustes del macondo (Cavanillesia platanifolia) y las asociaciones de la palma de vino (Schellea magdalenica) con la Palma amarga (Sabal sp.). Las maderas de este tipo de formación son de las más apreciadas como la Teca (Tectona grandis), la Caoba (Swetenia macrophylla), el Carreto (Aspidosperma dugandii), el Trébol (Platymiscium pinnatum), el Algarrobo (Hymenanea courbaril), el Iguá (Pseudosamanea guachapele), la Ceiba tolua (Bombacopsis quinata), el Guayacán (Tabebuia spp.) y el Cedro (Cedrela sp.).

Bosque de vega: de hasta unos 400 m de anchura, caracterizado por la presencia de Suán, Pivijay y Cantagallos, ya en sitios pantanosos aparecen asociaciones de ciperáceas y Bijao (Talia geniculata). En terrenos inundables, se presentan consolidaciones de Palmiche o Sará (Copernicia tectorum), reconocible por su porte (alcanza de 5 a 10 m), sus grandes hojas en forma de abanico con peciolos provistos de aguijones y los estipes cubiertos por vainas de las hojas viejas que se han desprendido. Se hace presente también la Palma de lata o Corozo de lata (Bactris minor), que forma grupos muy densos cuyos frutos negros son apetecidos por las aves.

En los espejos de agua exentos de salinidad, o durante los meses lluviosos, se desarrollan comunidades de Taruya o Batata de agua (Eichhornia spp.), Hoja de raya (Nymphea ampla) y de Lechuga de agua (Pistia striatiotes), las cuales llegan incluso a obstruir la navegación.

El Área Protegida del Santuario de Flora y Fauna Ciénaga Grande de Santa Marta, junto con el Vía Parque Isla de Salamanca (VIPIS), constituyen las zonas núcleo de la Reserva de Biosfera declarada por la UNESCO y Humedal Ramsar del Complejo Deltaico Estuarino Ciénaga Grande de Santa Marta, con lo cual se integra un conjunto representativo y funcional de humedales en el Sistema Nacional de Áreas Naturales Protegidas (SINANP), lo que obliga la articulación con estas categorías de conservación del orden internacional y hace fundamental tomar como referencia las características de la ecorregión y sus conectividades con la subregión Sierra Nevada de Santa Marta.

La relación del AP SFFCGSM con las comunidades es sumamente importante, ya que en el área están los árboles de mangle mejor conservados del AP, las cuales se constituyen como sala cunas para diversas especies de peces, crustáceos y moluscos que se desarrollan en sus raíces y luego salen hacia todo el complejo lagunar, donde son aprovechados por los pescadores de los diferentes municipios colindantes. Así mismo, estos arboles de mangle y otras especies de flora, albergan gran cantidad de aves, mamíferos y reptiles, especies que ayudan a la regulación del ecosistema.