La flore et la végétation de la vallée de la Julienne restent à décrire de façon détaillée mais des informations concernant les habitats présents ont été réunies lors de la cartographie du site Natura 2000, principalement durant la saison 2006 (obs. S. Krickx, J. Lhoir et L. Derochette – DEMNA-DNE).
Les habitats forestiers sont majoritaires et il s'agit surtout de forêts neutrophiles et acidophiles qui couvrent la totalité du versant droit de la vallée (d'exposition ouest) et une partie moins importante du versant opposé.
Les hêtraies y sont bien développées mais également les chênaies-charmaies acidoclines qui, par endroits, se sont substituées à la hêtraie à la suite de pratiques sylvicoles plus anciennes. Les arbres sont souvent de belle venue: hêtre (Fagus sylvatica), chêne sessile (Quercus petraea) et chêne pédonculé (Quercus robur), érable sycomore (Acer pseudoplatanus), érable plane (Acer platanoides), frêne (Fraxinus excelsior), auxquels s'ajoutent diverses essences plantes comme le chêne rouge d'Amérique (Quercus rubra), le robinier faux-acacia (Robinia pseudoacacia), le marronnier d'Inde (Aesculus hippocastanum), le pin sylvestre (Pinus sylvestris), le pin noir (Pinus nigra), etc. La flore du sous-bois compte essentiellement des espèces acidophiles ou neutrophiles : myrtille commune (Vaccinium myrtillus), houx (Ilex aquifolium), chèvrefeuille des bois (Lonicera periclymenum), germandrée scorodoine (Teucrium scorodonia), luzule des bois (Luzula sylvatica), fougère-aigle (Pteridium aquilinum), le sorbier des oiseleurs (Sorbus aucuparia), la houlque molle (Holcus mollis), la canche flexueuse (Deschampsia flexuosa), ...
Dans le fond de vallée, sur les rives du cours d'eau, on peut reconnaître sur des surfaces limitées un habitat d'intérêt patrimonial: l'aulnaie-frênaie alluviale dans laquelle l'aulne glutineux (Alnus glutinosa) et le frêne commun (Fraxinus excelsior) dominent généralement la strate arborée, souvent avec quelques chênes pédonculés (Quercus robur) et érables sycomores (Acer pseudoplatanus). Sous ces arbres évoluent diverses plantes herbacées et arbustives comme le noisetier (Corylus avellana), le groseillier rouge (Ribes rubrum), la canche cespiteuse (Deschampsia cespitosa), la laîche espacée (Carex remota), la laîche à épis pendants (Carex pendula), le lierre terrestre (Glechoma hederacea), la fougère femelle (Athyrium filix-femina), la scrofulaire noueuse (Scrophularia nodosa), le jonc épars (Juncus effusus), le géranium herbe à Robert (Geranium robertianum), le circée de Paris (Circaea lutetiana), l'ortie dioïque (Urtica dioica), etc.
Hormis l'étang aval aménagé pour l'agrément, les autres plans d'eau sont colonisés par différents hygrophytes et plantes aquatiques. Signalons entre autres la présence de quelques massifs de massettes à larges feuilles (Typha latifolia), d'éléments de mégaphorbiaie rivulaire, de groupements flottants à petite lentille d'eau (Lemna minor) et lentille à racines nombreuses (Spirodela polyrhiza), d'herbiers aquatiques à potamot crépu (Potamogeton crispus) et élodée du Canada (Elodea canadensis), de plages de scirpe des bois (Scirpus sylvaticus), ...
En amont des étangs, s'étendent encore quelques mégaphorbiaies avec la reine des prés (Filipendula ulmaria), le lycope (Lycopus europaeus), la salicaire commune (Lythrum salicaria), le pétasite officinal (Petasites hybridus), le cirse des marais (Cirsium palustre), le populage (Caltha palustris), la morelle douce-amère (Solanum dulcamara), la malaquie (Myosoton aquaticum), le scirpe des bois (Scirpus sylvaticus), le liseron des haies (Calystegia sepium), l'épilobe hirsute (Epilobium hirsutum), l'angélique sauvage (Angelica sylvestris), etc.
Quelques prairies maigres à la flore intéressante se maintiennent localement sur certains versants secs d'exposition est à sud-est, notamment au lieu-dit Sabaré. Elles comportent la fétuque rouge (Festuca rubra), la campanule à feuilles rondes (Campanula rotundifolia), la tormentille (Potentilla erecta), l'achillée millefeuille (Achillea millefolium), le millepertuis perforé (Hypericum perforatum), la grande marguerite (Leucanthemum vulgare), la patience commune (Rumex acetosa), la saxifrage granulée (Saxifraga granulata), le salsifis des prés (Tragopogon pratensis), la luzule champêtre (Luzula campestris), l'épervière piloselle (Hieracium pilosella), l'origan (Origanum vulgare), la véronique petit-chêne (Veronica chamaedrys), la renoncule bulbeuse (Ranunculus bulbosus), le petit boucage (Pimpinella saxifraga), le crépis des prés (Crepis biennis), etc.
A noter aussi le signalement du silaüs des prés (Silaum silaus), ombellifère très rare dans le Condroz oriental et la Basse Meuse; sur le site, la plante a été notée uniquement sur le flanc gauche de la vallée, dans une prairie au bout de la rue Rikir ainsi que dans une zone située à l'est du cimetière de la rue Sabaré.
Le vallon de la Julienne renferme en outre une petite carrière abandonnée située au sein du Vert Bois, en rive gauche de la rivière. Brièvement décrite par A. Remacle dans le cadre de la convention «Carrières et sablières désaffectées de la Région wallonne», elle est constituée de petites excavations creusées à flanc de coteau, mais est devenue quasiment imperceptible dans la végétation arborée et la roche n'y est presque plus apparente. La flore ne présente aucune particularité, avec des chênes (Quercus spp.), du châtaignier (Castanea sativa), du hêtre (Fagus sylvatica), du marronnier d'Inde (Aesculus hippocastanum), de l'érable sycomore (Acer pseudoplatanus), de l'épicéa (Picea abies) et d'autres résineux dans la strate arborée, ainsi que du houx (Ilex aquifolium), du sorbier des oiseleurs (Sorbus aucuparia), de la luzule des bois (Luzula sylvatica), de la canche flexueuse (Deschampsia flexuosa), des ronces (Rubus sp.) et diverses fougères banales en sous-bois.
La bryoflore locale semble mal connue. Plusieurs espèces de mousses et d'hépatiques ont été notées sur les berges et dans l'eau du ruisseau (données DEMNA-DNE 2014): Cratoneuron filicinum, Fissidens crassipes, Fissidens polyphyllus, Conocephalum conicum, Leptodictyum riparum, Lunularia cruciata, Mnium hornum, Plagiomnium undulatum, Platyhypnidium riparioides, Amblystegium tenax, Pellia endiviifolia.
La faune de la vallée de la Julienne est insuffisamment documentée mais il existe des données pour différents groupes taxonomiques. C'est le cas pour quelques mammifères et oiseaux, pour les amphibiens, les odonates, les poissons et certains invertébrés benthiques.
Les mammifères comptent au minimum le chevreuil (Capreolus capreolus), le blaireau (Meles meles), le renard (Vulpes vulpes), le hérisson (Erinaceus europaeus) et l'écureuil roux (Sciurus vulgaris). Il faut y ajouter 5 espèces de chauves-souris notées en chasse : la pipistrelle commune (Pipistrellus pipistrellus), la sérotine commune (Eptesicus serotinus), la noctule de Leisler (Nyctalus leisleri), la noctule commune (Nyctalus noctula) et l'oreillard commun (Plecotus auritus). Des traces de présence du castor (Castor fiber) ont été signalées en 2017.
La vallée accueille plusieurs oiseaux dont l'occurrence est en partie à l'origine de la désignation du site Natura 2000: il s'agit plus particulièrement du martin-pêcheur (Alcedo atthis), du pic noir (Dryocopus martius) et du pic mar (Dendrocopos medius). En outre, durant l'hiver et lors des migrations, les étangs reçoivent parfois la visite de la sarcelle d'hiver (Anas crecca) et d'autres oiseaux d'eau peu communs.
Un inventaire réalisé dans le ruisseau en 2014 par la Cellule Hydrologie du DEMNA a permis de recenser 7 espèces de poissons: le barbeau (Barbus barbus), le chevaine (Squalius cephalus), l'épinoche (Gasterosteus aculeatus), le gardon (Rutilus rutilus), le goujon (Gobio gobio), le vairon (Phoxinus phoxinus) et la vandoise (Leuciscus leuciscus).
Un seul reptile a été renseigné récemment, il s'agit de l'orvet fragile (Anguis fragilis). Il existe en outre une observation de la couleuvre à collier (Natrix natrix) datant de 1984, mais ce serpent est encore potentiellement présent sur le site.
Le peuplement d'amphibiens est beaucoup plus fourni, avec pas moins de 9 espèces répertoriées ces dernières années. La salamandre terrestre (Salamandra salamandra) est certainement celle qui constitue la population locale la plus remarquable ; cette espèce sensible se développe à l'état larvaire dans les sources et petits ruisseaux forestiers froids et bien oxygénés. L'alyte accoucheur (Alytes obstetricans), entendu à plusieurs reprises près des étangs, méritent également d'être mentionné car il devient rare dans la Basse Meuse. Les autres espèces sont le crapaud commun (Bufo bufo), la grenouille rousse (Rana temporaria), le triton alpestre (Ichthyosaura alpestris), le triton palmé (Lissotriton vulgaris), le triton ponctué (Lissotriton helveticus), la grenouille verte (Pelophylax kl. esculentus) et l'exotique grenouille rieuse (Pelophylax ridibundus).
En ce qui concerne les invertébrés et l'entomofaune en particulier, les informations demeurent très fragmentaires.
Une dizaine d'Odonates ont été notées sur les plans d'eau dont la naïade au corps vert (Erythromma viridulum) et l'agrion à longs cercoïdes (Erythromma lindenii), deux demoiselles liées aux végétations aquatiques flottantes. Le caloptéryx vierge (Calopteryx virgo) est la seule espèce vraiment rhéophile signalée sur le site.
Quelques autres invertébrés aquatiques ont été identifiés à ce jour sur le ruisseau (Gammarus pulex, Asellus aquaticus, Helobdella stagnalis, Dina lineata, Dugesia sp., Haitia acuta, Valvata piscinalis, Lymnaea stagnalis, Hemiclepsis marginata - données DEMNA-DNE).
A souligner également la présence du lucane cerf-volant (Lucanus cervus) révélée par au moins une observation en 2002 près de la Chapelle Wihou (obs. J.-M. Warlet). Dépassant les 6 cm pour certains mâles, ce spectaculaire coléoptère, par ailleurs espèce d'intérêt communautaire, est bien présent sur les coteaux d'Argenteau dominant la Meuse mais semble nettement plus discret dans la vallée de la Julienne où l'existence d'une population est questionnée.