Парк Кадриорг необычайно богат видами растений, поскольку здесь встречаются совершенно разные типы мест произрастания, в том числе суходольные луга, альвары и плитняковые альвары. В парке Кадриорг обнаружено 200 видов сосудистых растений, здесь произрастает свыше 300 таксонов деревьев и кустарников. Здесь также встречаются 5 редких видов растительности: подорожник топяной, мятлик альпийский, трищетинник желтоватый, горец кустарниковый и манжетка почти шаровидная. Из охраняемых видов растений здесь произрастают мятлик альпийский, относящийся ко II категории охраняемых растений, и армерия приморская (III категория).
Особенностью городской природы на территории парка является наличие здесь 7 видов летучих мышей (северный кожанок, бурый ушан, лесной нетопырь, нетопырь-карлик, рыжая вечерница). Это одно из самых богатых видами летних мест сосредоточения летучих мышей в Северной Эстонии. В парке имеются и выводковые колонии. Все виды летучих мышей находятся в Эстонии под охраной, поэтому в парке установлены специальные домики, где при необходимости они могут укрыться.
По сравнению с другими парками Таллинна, в Кадриорге обитает большое количество различных видов птиц. Ежегодно здесь гнездятся сотни птичьих пар 30–40 видов. Больше всего птиц гнездится на приглинтовой территории с густым подлеском, где наблюдается самая высокая плотность гнездования в Таллинне. Пернатый мир парка представлен в основном видами, которые в меньшей степени остерегаются человека. Из наиболее многочисленных гнездующихся здесь видов можно назвать зяблика, рябинника, большую синицу, галку и чёрного дрозда. Разные виды птиц вьют свои гнезда в разных местах, например, укрепляют на ветвях, обустраивают в дуплах деревьев или укромных местах на поверхности земли и в кустах.
В парке Кадриорг можно наблюдать множество природных ценностей. Наиболее примечательной формой рельефа в парке является Ласнамяэский глинт, являющийся частью Северо-Эстонского глинта. Глинт представлен в виде двух уступов. Высота верхнего уступа составляет 10–15 метров, большая его часть покрыта каменистой дресвой, где произрастает широколиственный древостой. Нижний уступ высотой 3–5 метров, обточен в виде песчаника и покрыт антропогеновыми отложениями. В северо-восточном углу парка расположен овраг Hundikuristiк (рус. Волчье ущелье) глубиной 5-6 метров, где сквозь слой плитняка проложил себе дорогу многоводный ручей. В начале оврага вода, срывающаяся с уступа, образует небольшой водопад высотой 2,5 метра.
