Biologien i Black Hills er kompleks. Mesteparten består av gullfuruskog, samt en type endemisk kvitgran som finnes i de kjølige og fuktige dalene i de nordre delene. Merkelig nok finnes ikke denne endemiske granen i de fuktige Bear Lodge Mountains, som utgjør mesteparten av Wyomingdelen av Black Hills. Store åpne enger med rikt gressland finnes spredt rundt i fjellene og spesielt i den vestre delen. På grunn av regnskyggen fra de høyere områdene er den sørlige delen dekket av en tørr furusavanne som består av fjellmahogany og rockymountaineiner ().