Velké plochy Kefalonie pokrývají lesy, což na mnoha řeckých ostrovech není běžné. Zároveň s tím souvisí jedna přírodní rarita – porosty kefalonské jedle (Abies cephalonica), stromu, který se na celém světě vyskytuje pouze tady. I proto jsou svahy pohoří Ainos vyhlášeny již od roku 1962 národním parkem. Dalším rozšířeným stromem je borovice černá.
Kefalonská fauna není příliš bohatá. Je zastoupena především ptactvem (více než 200 druhů) a drobnými živočichy (ještěrky, hmyz atd.). Ve vnitrozemí však občas můžete spatřit stáda divokých koní, uprostřed lesů žije i kuna evropská. U břehů se vyskytují dva ohrožené druhy mořských živočichů: kareta obecná (často hnízdí na plážích na jihu) a tuleň středomořský (s oblibou obývá nepřístupné úseky pobřeží, aby se vyhnul kontaktu s člověkem).
