La végétation et la flore du Bois de Marmont ont été étudiées par DUVIGNEAUD (1955), VANDEN BERGHEN (1955) et plus récemment DELAITE et al. (1994). Les groupements suivants y ont été observés:
- une chênaie pubescente arbustive à Quercus pubescens (rare) et Quercus x calvescens entremélés de Buxus sempervirens, avec aussi Rhamnus cathartica, Viburnum lantana, Ligustrum vulgare,...;
- une pelouse d'ourlet à Geranium sanguineum, Carex humilis, Polygonatum multiflorum, Vincetoxicum hirundinaria, Helleborus foetidus, Sesleria caerulea, Inula conyzae, Melica ciliata, etc.;
- des fragments de pelouses ouverte de l'Alysso-Sedion avec entre autre Acinos arvensis, Echium vulgare, Arenaria serpyllifolia, Sedum album, S. acre, S. rupestre, Arabis hirsuta, Teucrium botrys, Geranium columbinum;
- une chênaie-charmaie calcicole, très riche en Narcissus pseudonarcissus;
- des pelouses fragmentaires du Mesobromion plus ou moins décalcifiées avec Gentianella germanica, Potentilla erecta, Platanthera bifolia, Stachys officinalis, Danthonia decumbens, Viola canina, Melampyrum pratense et d'autres herbacées typiques;
- des taillis du Querco-Carpinetum à sous-bois de Buxus sempervirens, installés sur d'anciennes cultures;
- une érablière de ravin, occupant le vallon occidental, particulièrement riche en Tilia platyphyllos.
La flore bryologique présente un intérêt assez exceptionnel et a été étudiée récemment par SOTIAUX et al. (1998). D'après ces auteurs, c'est la ligne de crête qui constitue le biotope le plus intéressant, mais, du fait de la fermeture du milieu, plusieurs espèces remarquables y ont regressé ou même disparu actuellement, C'est le cas notamment de la mousse Pseudoleskeella catenulata découverte sur le site en 1982 et qui n'est connue que de deux autres localités belges (Heure et Han-sur-Lesse), toutes situées en Fagne-Famenne-Calestienne. La présence actuelle de cette espèce typique des rochers et éboulis calcaires mériterait d'être confirmée.
En 1987, Grimmia tergestina fut également découverte sur les pointements rocheux les plus thermophiles. Cette espèce subméditerranéenne, dont les plus proches stations connues à l'époque se situaient à plus de 400 km de chez nous, a depuis été trouvée à maintes reprises, toujours dans le district mosan.
Un autre biotope très intéressant du point de vue bryologique est le ravin situé à l'ouest du bois Marmont, où les nombreux affleurements calcaires ombragés hébergent diverses espèces intéressantes dont Brachythecium (= Cirriphyllum) tommasinii, Neckera crispa, Ctenidium molluscum, Scapania aspera, Anomodon viticulosus, Porella platyphylla, etc.
La faune du Bois de Marmont est beaucoup moins bien connue que les autres sites du secteur comme la carrière Marmont contiguë et les argilières de Romedenne. Plusieurs espèces intéressantes ont cependant été notées récemment, par exemple le grand collier argenté (Boloria euphrosyne), observé en mai 2015 sur un terrain privé ayant bénéficié de mesures de restauration (débroussaillage, aménagement de lisières structurées, ...).