Уникальные геологические и климатические условия в значительной степени определяют образ жизни представителей местной фауны. Ландшафты меняются от лугов на юге и саванн в центре до покрытых лесами холмов на севере. Настоящие леса находятся в западной части парка. Бесконечные равнины, саванны, реки и озера населены более 35 видами животных, в том числе, здесь обитает более миллиона крупных млекопитающих: львы (около 3000 особей), антилопы гну, слоны, носороги, леопарды, буйволы, крокодилы, гиены, жирафы, шакалы, павианы, большеухие лисицы и многие другие. Более 350 видов пресмыкающихся, бесконечное множество насекомых также представляют природу Серенгети. Орнитологи насчитывают в парке около 500 видов птиц. Заповедник считается одним из лучших мест на планете для наблюдения за жизнью львов, гепардов и жирафов.
Самым интересным событием в жизни парка является ежегодная миграция парнокопытных, особенно антилоп гну, общая популяция которых здесь составляет около 1,5 миллионов особей. В сезон дождей, который продолжается с ноября по май, стада антилоп гну, зебр и прочих травоядных мигрируют в поисках свежих пастбищ в заповедник Масаи-Мара – своеобразное продолжение Серенгети, который расположен на юго-западе Кении. В период сухого сезона северные низкотравные равнины превращаются почти в полупустыню, и это вызывает массовую миграцию травоядных в области высокотравных степей, где сохраняется сочная трава. В поисках корма животные преодолевают около 1000 километров, подвергая свою жизнь немалой опасности. А после того, как дожди начинаются снова, стада отправляются в обратный путь.
Леса в Серенгети в основном состоят из акаций и фикусов, встречается и черное дерево. Еще одна особенность парка – гранитные горы-останцы «копи» (kopje), похожие на каменные острова, возвышающиеся среди бескрайнего моря травы. Небольшие каменные холмики, «возраст» которых – до 3 миллионов лет, часто окружают места, где располагаются отели, лоджи или лагеря-кэмпы парка.