Formy ochrony przyrody W północnej części Parku znajduje się rezerwat przyrody Dolina Kamionki (59,18 ha). Większość najcenniejszych przyrodniczo terenów bezpośrednio przylegających do rzeki Kamionki na terenie Parku jest objęta ochroną w formie obszaru Natura 2000 Dolina Kamionki (847,68 ha). W części północno-wschodniej fragment Parku pokrywa się z Międzychodzkim Obszarem Chronionego Krajobrazu. Na terenie Parku znajduje się 13 użytków ekologicznych.
Fauna Rzeka Kamionka na terenie Parku jest obecnie jedynym w Wielkopolsce miejscem występowania objętego ochroną ścisłą raka szlachetnego – populacja tego gatunku była tu dodatkowo wzmacniana z pomocą reintrodukcji. Dodatkowo, na szybko płynących odcinkach Kamionki stwierdzono obecność chronionego przedstawiciela kręgoustych, minoga strumieniowego Gatunkami ryb najliczniej występującymi w rzece Kamionce są ciernik, śliz (gatunek prawnie chroniony), cierniczek oraz płoć. W płytkich, zarastających zbiornikach wodnych na terenie Parku występują chronione płazy, m.in. kumak nizinny oraz chroniony ślimak - zatoczek łamliwy.