Московская область находится в пределах лесной и лесостепной зон. Леса занимают свыше 40 % территории региона. На севере Московской области (на территории Верхневолжской низменности), а также в её западной части (на территории Можайского, Лотошинского и Шаховского районов) наиболее распространены среднетаёжные хвойные леса, преимущественно ельники. Леса Мещёры состоят по преимуществу из таёжных сосновых массивов; в заболоченных низинах встречаются отдельные ольховые леса. Центральная и отчасти восточная части области принадлежат району южнотаёжных хвойно-широколиственных лесов. Здесь основные древесные породы - ель, сосна, берёза, осина. Среди подлеска господствует лещина (лесной орех). Для этой зоны характерны травы как хвойных, так и широколиственных лесов. Южнее располагается подзона широколиственных лесов, основные древесные породы которой - дуб, липа, остролистный клён и вяз. Москворецко-Окская возвышенность является переходной зоной, для неё характерны и крупные массивы ели, как, например, в верховьях реки Лопасни. В долине Оки - сосновые боры степного типа. Крайний юг области (Серебрянопрудский район) находится в лесостепной зоне; все участки степи распаханы, они почти не сохранились даже фрагментарно. В пределах лесостепной зоны изредка встречаются липовые и дубовые рощи.
С XVIII века леса нынешней Московской области подвергались интенсивной вырубке, что привело к изменению соотношения древесных пород: хвойные (в основном еловые) леса во многих местах сменились мелколиственными (берёзовыми и осиновыми). В наше время вырубки почти не ведутся, так как почти все леса имеют водоохранное значение; ведётся лесовосстановительная работа, особенно в ближайших окрестностях Москвы.
Болота более всего распространены в Шатурском и Луховицком (на востоке) районах. Естественных пойменных лугов почти не осталось. Количество аборигенных видов растений в Подмосковье сокращается, но всё шире распространяются представители иной флоры (к примеру, клён американский); на больших территориях расселились и виды, пришедшие из культуры - борщевик Сосновского, водосбор обыкновенный и др.
Некоторые виды растений занесены в Красную книгу России (водяной орех, венерин башмачок и др.).
Из млекопитающих в Московской области сохранились барсук, белка, бобр, выдра, выхухоль, горностай, енотовидная собака, ёж, зайцы (беляк и русак), землеройки (обыкновенная бурозубка, малая бурозубка, средняя бурозубка, бурозубка Черского, малая белозубка, водяная кутора), ласка, лисица, лось, кабан, косуля, крот, серая и чёрная крысы, лесная куница, мыши (лесная, желтогорлая, полевая, домовая, мышь-малютка), лесная мышовка, норка, олени (благородный, пятнистый, марал), ондатра, полёвки (рыжая, серая, пашенная, экономка, водяная полёвка), сони (орешниковая, на юге области - садовая, лесная и полчок), чёрный хорь. На границах области изредка встречается медведь, рысь, волк. На юге области встречается крапчатый суслик, большой тушканчик, каменная куница, степной хорь. В отдельных районах существуют устойчивые популяции завезённых животных - летяга, американская норка, сибирская косуля. Также в Подмосковье насчитывается более десятка видов летучих мышей: ночницы (обыкновенная, усатая, прудовая, водяная, Наттерера), нетопыри (лесной нетопырь и нетопырь-карлик), вечерницы (рыжая, малая, гигантская), двуцветный кожан, бурый ушан.
Птиц в области более 170 видов. В больших количествах встречаются дятлы, дрозды, рябчики, снегири, соловьи, коростели, чибисы, белые аисты, серые цапли, чайки, поганки, утки (особенно кряквы); водятся также огари. Многочисленны воробьи, сороки, вороны и другие типичные представители средней полосы России.
Водоёмы области богаты рыбой (обычны ёрш, карась, карп, лещ, окунь, плотва, ротан, судак, щука). Многочисленны насекомые (одних пчелиных более 300 видов). Некоторые виды занесены в Международную Красную книгу.
В московской области обитает 6 видов рептилий - ящерицы (ломкая веретеница, живородящая ящерица, прыткая ящерица) и змеи (обыкновенная гадюка, уж обыкновенный, на юге области - медянка), есть сведения о существовании небольших популяций болотной черепахи в отдельных районах.
Земноводные представлены 11 видами - тритоны (обыкновенный и гребенчатый), жабы (серая и зелёная), лягушки (травяная, остромордая, озёрная, прудовая, съедобная), обыкновенная чесночница, краснобрюхая жерлянка.
