Bentang alam Kabupaten Kaimana yang meliputi wilayah hutan dan pegunungan, dataran rendah, sungai, danau, rawa dan lautan, menjadikan wilayah ini sangat kaya dengan keragaman ekosistem. Kondisi fisik lingkungan yang masih terjaga secara alami menjadi daya dukung utama terhadap kekayaan flora dan fauna di wilayah ini.
Hasil identifikasi dalam dokumen Rencana Tata Ruang Wilayah Pesisir Kaimana terdapat 168 jenis avifauna, yang 53 jenis diantaranya adalah endemik Papua. Komposisi avifauna yang memiliki populasi terbanyak dan tersebar di seluruh distrik sebanyak 18 jenis dan bagian terbesar adalah aves. Jenis aves endemik Papua di Kaimana seperti Kakatua Putih, Kakatua Raja, Nuri Kepala Hitam, Cendrawasih dan Kasuari. Variasi unggas di Kaimana semakin tinggi manakala, beberapa jenis diantaranya bermigrasi ke wilayah tersebut seperti pelican (pelican conspiccilatlus) dan burung pecuk ular (achinga melanoghaster) yang diduga bermigrasi ke Australia ke pulau Adi dan Pulau Venue.
Sementara jenis mamalia yang banyak terdapat di Kaimana seperti babi hutan, rusa, kangguru pohon, kangguru tanah, dan kus-kus. Sementara jenis amphibi yang terdapat di Kaimana yakni biawak, katak, dan kodok irian. Jenis Amfibi ini banyak ditemui di hutan dataran rendah dan daerah rawa. Selain itu juga terdapat penyu belimbing.
Jenis reptil yang penting di wilayah ini adalah buaya muara dan buaya sungai. Populasi reptil ini cukup banyak di Kaimana karena habitatnya belum banyak terganggu dan masih alamiah. Jenis reptil lainnya adalah ular hijau, ular oklat, ular piton, kadal, cecak rawa.
Selain beberapa jenis fauna yang telah disebutkan, melalui penelitian “Ekspedisi Lengguru” yang dilakukan pada tahun 2014, LIPI (Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia) menemukan beberapa jenis baru endemik Papua yang berada di wilayah Kabupaten Kaimana. Hasil penelitian yang dilakukan di tiga wilayah dan lima kampung di Kabupaten Kaimana, yaitu Buruway (Nusa Ulan), Arguni Atas (Wanoma&Urisa), dan Teluk Triton (Lobo dan Kamaka) tersebut, berhasil mengidentifikasi 10 calon spesies baru pada reftil amfibi, 3 spesies kalajengking 1 diantaranya merupakan endemik Papua, lalu 2 spesies kalacemeti, 1 spesies baru pada jenis laba-laba, 20 spesies kelelawar, 8 spesies tikus, dan bahkan terdapat 5 spesies lain yang belum teridentifikasi. Selain itu juga ditemukan sebanyak 7 calon spesies baru burung, salah satunya ialah Mambruk yang memiliki jambul unik bertengger di kepalanya, burung ini termasuk jenis burung dara terbesar di dunia karena memiliki berat 5 kg sehingga disebut sebagai temuan langka. Tim peneliti ini juga berhasil mengidentifikasi endemik Kadal Duri (tribolonotus novae) yang memiliki 15 cm pada ukuran dewasa, dan memiliki bagian putih pada pupil matanya.
Selain kaya akan keragaman fauna, Kabupaten Kaimana juga memiliki kekayaan flora yang luar biasa. Melalui penelitian ekspedisi tersebut, LIPI juga berhasil mengidentifikasi 600 jenis anggrek, palem, jambu-jambuan, dan jahe-jahean.
Sementara untuk lautan, ditemukan ratusan jenis terumbu karang endemik yang belum pernah ditemui di daerah lain, diantaranya 141 spesies jenis hard coral, 53 genus, 16 famili; 8 famili dan 200 spesies jenis akar bahar (gorgonians); 60 spesies Echinoderms (23 star sea, 18 sea cucumber, 9 brittle stars); 65 famili dengan 300 jenis moluska, nudibranch, ikan hias yang sangat melimpah, dan cumi-cumi, termasuk krinoid. Krinoid merupakan indikator kerusakan terumbu karang, sehingga masih ditemukannya spesies tersebut menunjukkan bahwa terumbu karang di perairan laut Kabupaten Kaimana masih tumbuh dan berkembang dengan baik.
Kondisi karang laut yang sangat baik memungkinkan tutupan karang yang tinggi sebagai habitat beragam jenis ikan karang. Pada 11 lokasi perairan di Kabupaten Kaimana, terdapat sekitar 280 jenis ikan, yang dikategorikan kedalam 3 kelompok, yakni ikan major, ikan target dan ikan indikator. Jumlah jenis ikan major yang ditemukan di perairan Kaimana mencapai 173 jenis. Dua suku yang memiliki jumlah jenis terbanyak di dalam struktur komunitas ikan karang di Kaimana yakni suku Pomacentridae yang terdiri dari 47 jenis dan suku Labridae dengan 42 jenis. Sementara jumlah jenis ikan target yang biasa untuk konsumsi dan mempunyai nilai ekonomi mencapai 79 jenis diantaranya seperti ekor kuning, kakap, baronang dan kerapu. Hal ini menunjukkan wilayah perairan Kaimana tidak saja hanya menjadi daerah berkembang biak ikan target tetapi juga menjadi daerah untuk pembesaran. Sementara ikan indikator mencapai 28 jenis.
Jenis yang dapat dijumpai di seluruh Kaimana adalah Chaetodon Trifasciatus, Chaetodon Kleinii, Chaetodon Baronnesa. Diperkirakan jumlah jenis ikan kelompok indikator ini lebih dari yang telah berhasil diidentifikasi.
Posisinya yang berhadapan langsung dengan laut Arafuru merupakan salah satu daya dukung bagi keragaman ekosistem laut yang ada di Kabupaten Kaimana. Kemudian, perairan pesisir Kabupaten Kaimana memiliki ekosistem khas daerah tropik, diantaranya ekosistem padang lamun, terumbu karang, dan hutan mangrove. Ekosistem ini mempunyai fungsi yang spesifik baik dari aspek ekologi, maupun sosial dan ekonomi. Di samping sebagai penyangga kawasan secara fisik, ekosistem-ekosistem tersebut juga berfungsi sebagai tempat memijah, berlindung,mencari makan dan daerah asuhan (nursery ground) dari berbagai jenis biota perairan. Pada ekosistem ini hidup beraneka biota laut yang dapat menjadi sumber pendapatan ekonomi bagi masyarakat setempat.
Padang lamun umumnya merupakan habitat utama ikan duyung, bulu babi, penyu, dan berbagai jenis ikan seperti baronang, kakatua, serta teripang. Pada hampir seluruh wilayah perairan, lamun dapat ditemukan, dan terkosentrasi dengan kepadatan tinggi pada perairan Distrik Kaimana Kota, Teluk Etna, dan Buruway. Tercatat, sedikitnya terdapat 8 lokasi padang lamun yang tersebar di seluruh perairan Kaimana.
Hutan mangrove yang cukup luas juga merupakan kekayaan yang dimiliki Kabupaten Kaimana. Kawasan mangrove ini bahkan diperkirakan memiliki potensi yang cukup besar sebagai pemanfaatan blue carbon. Mengetahui potensi kekayaan alam berupa keragaman hayati yang sangat bermanfaat baik bagi manusia maupun keberlangsungan ekologi, meningkatkan kesadaran masyarakat Kabupaten Kaimana akan pentingnya pemeliharaan dan perlindungan wilayah tersebut. Oleh karena itu, beberapa kelompok masyarakat adat di Kabupaten Kaimana mendeklarasikan konservasi alam berbasis adat, sejalan dengan deklarasi Provinsi Papua Barat sebagai provinsi konservasi yang ditetapkan sejak Oktober 2015.