Localizada aos pés do Morro do Frota, a Fazenda Vagafogo mantém intacta uma área de mata ciliar primária, com espécies vegetais adultas centenárias de grande porte e uma biodiversidade de fauna e flora que ainda não foram totalmente catalogadas apesar da extensa lista de espécimes.

Flora

A mata ciliar abrange a maior parte do Santuário, estendendo-se pela encosta do Morro do Frota até o seu cume, quando cede lugar ao cerrado.

Seu estrato arbóreo superior alcança em média 25m de altura. Aí estão os belos jequitibás, os angicos, os paus-d'óleo e os jatobás, onde um se destaca por seu porte e beleza - o jatobá "Mãe da Floresta" que dá o nome a uma das trilhas interpretativas do Santuário.

No estrato médio da mata encontram-se os indivíduos entre 6m e 15m; um terceiro arbustivo em torno de 3m e um inferior constituído de plantas herbáceas, onde se destacam as samambaias, as musáceas e as begônias.

Esta mata, sempre verde, possui mais de 50 espécies lenhosas identificadas e uma significativa flora epífita, com 23 espécies de orquídeas, além de peperômias, bromeliáceas, cactáceas e musgos.

A flora do cerrado é também bastante diversificada. Árvores com saborosos frutos são encontradas facilmente: o pequi, o araticum, o cajuí, a cagaita e a mangaba. Belos em sua floração são a sucupira-roxa, o pau-santo e os efêmeros, mas deslumbrantes, ipês-amarelos, cuja floração indica o final do período da seca no cerrado.

Fauna

Dividida entre os ecossistemas da mata e do cerrado, uma rica fauna pode ser observada no local. Com atenção, silêncio e sorte poderão ser observados os macacos-prego (Cebus apella libidinosus) e micos-estrela (Callithrix penicilata) nas copas das árvores.

Habitam também a área os barbados (Alouatta caraya), o maior primata do Cerrado.

É registrada, entre outras, a presença de quatro espécies de tatus, do tamanduá-mirim, do tapiti, do veado-campeiro e de roedores como a paca, a preá e a cutia.

Entre os folhedos da mata, é possível encontrar o pequeno lagarto (Anolis crysolepsis), cuja ocorrência na região dos cerrados era desconhecida até o seu registro no Santuário Vagafogo.

A avifauna local também é rica, tendo sido listadas em um só dia, 72 espécies. Hoje a lista de aves conta com mais de 200 espécies.

Algumas aves aqui encontradas, assim como o pequeno lagarto Anolis, indicam a mata do Santuário como um local de superposição de áreas de influência amazônica, da mata atlântica e da caatinga. Assim é possível avistar aqui o beija-flor (Phaethornis ruber), o bico-de-brasa (Monasa nigrifrons) e o trinca-ferro (Saltador maximus), espécies amazônicas, ao lado do benedito (Melanerpes flavifrons), do sudeste brasileiro e do cã-cã (Cyanocorax cyanopogon), espécie da caatinga. É também presente no Santuário o belo tucano (Ramphastos culminatus pintoi), pássaro que teve sua área de especiação na Serra Dourada e que se tornou símbolo do Santuário de Vida Silvestre da Fazenda Vagafogo.