Na terytorium Tbiliskiego Parku Narodowego flora jest dosyć zróżnicowana. Występuje tu 675 gatunków traw i roślin drzewiastych, a wśród nich 104 gatunki drzew i krzewów. Występuje tu flora kolchidzka okresu trzeciorzędu, m.in. ostrokrzew kolchidzki (Ilex colchica), bluszcz kolchidzki (Hedera colchica), bluszcz Pastuchowa (Hedera pastuchowii), kalina koralowa (Viburnum opulus), myszopłoch kolczasty (Ruscus aculeatus), cis pospolity (Taxus baccata), różanecznik kaukaski (Rhododendron caucasicum). Terytorium Tbiliskiego Parku Narodowego jest reprezentowane przez ekosystemy leśne z takimi drzewami jak: dąb (Quercus iberica), buk wschodni (Fagus sylvatica subsp. orientalis), grab Carpinus orientalis, jesion.
Terytorium Tbiliskiego Parku Narodowego wyróżnia się znaczną różnorodnością przedstawicieli fauny. Można tu spotkać takie zwierzęta jak: sarna (Capreolus capreolus), zając szarak (Lepus europaeus), kuna domowa (Martes foina), wilk szary (Canis lupus), niedźwiedź brunatny (Ursus arctos), lis rudy (Vulpes vulpes), ryś (Lynx lynx) czy jeleń szlachetny (Cervus elaphus). Wśród ptaków występuje tu sójka zwyczajna (Garrulus glandarius), kos zwyczajny (Turdus merula) i kilka gatunków dzięciołów.