La végétation du Secteur Palmeraie comprend plus de 1000 espèces végétales différentes. On y distingue dans ce parc 4 formations végétales distinctes:

• Les formations à Hyphaene benguellensis var. ventricosa occupant quelques 1 200 ha, confinés le long de la rivière Rusizi. C'est une sous-espèce endémique pour la région, et la formation serrée de Parc National de la Rusizi est la seule restante et ayant un statut de protection.
• Les bosquets xérophiles à Cadaba farinosa var. adenotricha et Commiphora madagascariensis.
• Les formations forestières des ravins du Nord forment les restes d'une forêt sclérophyle à Euphorbia dawei.
• La steppe à Bulbine abyssinica sur solonetz.
• Les formations de recolonisation à Acacia hockii.
• Les formations aquatiques et semi-aquatiques des dépressions de profondeur moyenne envahies par Hygrophila auriculata et des dépressions profondes à nappe d'eau permanente où s'installent des plantes flottantes.

La végétation du Delta de la Rusizi compte plus de 193 espèces végétales identifiées. On y distingue la Savane herbeuse à Phragmites mauritianus, la savane arborée à Acacia polyacantha var. campylacantha et la végétation aquatique des plantes flottantes.

La faune mammalienne comprend 19 espèces dont Hippopotamus amphibius (Hippopotame) est le mammifère le plus caractéristique du Parc. On y rencontre également Tragelaphus scriptus, Tragelaphus spekei ; ce dernier est de plus en plus menacé.

La faune ornithologique très riche comprend 350 espèces sédentaires et migratrices. Les bancs de sable dans la rivière et au Delta servent de repos diurne pour de grands groupes de Dendrocygnes (Dendrocygna viduata et Dendrocygna bicolor) dont la population peut atteindre même 6000 en juillet. Les prairies exondées du Delta constituent des sites de nidification pour de nombreuses espèces limicoles comme Himantopus himantopus, Vanellus coronatus, La forêt à Hyphaene abrite une avifaune assez spécifique avec des oiseaux caractéristiques comme Cycladusa arquata et Cypsiurus parvus.

A part les oiseaux résidents, le parc est important comme lieu de passage, de repos et d'hibernation pour les oiseaux migrateurs intra-africains et paléarctiques. Le mouvement migratoire le plus important observé dans la plaine de la Rusizi est constitué par les migrateurs paléarctiques.

Les études sur les reptiles du Parc donnent 12 espèces dont les plus abondantes sont le Crocodilus niloticus et le Pelusios castaneus.

Les études sur les poissons du Parc montrent 44 espèces de la rivière Rusizi et 11 espèces dans les étangs de Gatumba avec Protopterus aethiopicus caractéristique. L'embouchure de la Rusizi constitue un lieu de reproduction pour plusieurs espèces de poissons du lac Tanganyika.

Pour les amphibiens, l'inventaire effectué au niveau du Delta donne 17 espèces réparties en 5 familles dont les plus abondantes sont Ranidae et les Hyperoliidae.

Vu ses dimensions actuelles, le Parc National de la Rusizi ne mérite plus d'être appelé Parc, mais plutôt une Réserve Gérée. Un projet de réduction de ce Parc à 5280 ha est d'ailleurs en cours d'étude.