Vườn quốc gia Pù Mát có tiềm năng du lịch sinh thái rất lớn. Kết quả nghiên cứu của các chuyên gia cho thấy, hiện đã xác định được nơi đây có 2.494 loài thực vật, 931 chi thuộc 202 họ, trong đó có 70 loài nằm trong sách Đỏ Việt Nam có nguy cơ bị tiêu diệt, chiếm 2,81% tổng số loài của khu hệ. Về động vật, Pù Mát có 132 loài thú, thuộc 11 bộ và 30 họ, trong đó có 42 loài thú lớn, 39 loài dơi và 51 loài thú nhỏ. Điều đáng nói là quần thể một số loài chim, thú thực sự có nguy cơ bị tiêu diệt ở Việt Nam và trên thế giới (voi, hổ, sao la, bò tót, mang Trường Sơn, thỏ vằn...) vẫn còn khả năng bảo tồn phát triển nếu vườn quốc gia được quản lý và bảo vệ tốt.
Do có hệ động thực vật vô cùng phong phú, nên trong Vườn quốc gia Pù Mát cũng có Bảo tàng Gen, nơi lưu giữ những thông tin, mô hình thú vật, những bộ sưu tập bướm, những bức ảnh chụp cảnh vật tự nhiên, muông thú cùng những câu chuyện lý thú về những cây gỗ khổng lồ hàng nghìn năm tuổi, những loài thú quý hiếm như sao la, đoàn voi lớn nhất Việt Nam...
Đến với rừng săng lẻ cách khu hành chính của vườn khoảng 40km, du khách được chiêm ngưỡng những cây săng lẻ cao khoảng 50m, trải rộng trên diện tích gần 100ha. Đây là khu rừng cổ thụ độc nhất vô nhị của Việt Nam.
Thác Khe Kèm hùng vĩ cao tới 150m như dải lụa trắng thả giữa rừng xanh với bọt tung trắng xóa, tiếng nước xối xả rì rầm không mệt mỏi suốt ngày đêm sẽ khiến cho du khách ngỡ ngàng. Nhiều nhà khoa học đã khẳng định thác Kèm là thác nước gần như nguyên sinh nhất ở Việt Nam. Du khách có thể nghỉ chân, trò chuyện và ngắm cảnh núi rừng trên những tảng đá lớn, phẳng nhẵn dưới chân thác để tận hưởng giây phút hiếm hoi giữa không gian thiên nhiên hoang sơ như cổ tích.
Sông Giăng vắt mình sang tận biên giới Việt Lào. Ngồi trên những chiếc thuyền do người dân bản địa lái, du khách sẽ được trôi bồng bềnh trên dòng nước mát lạnh và trong vắt, lúc thì thuyền lướt nhẹ, lúc lại như chồm lên đón luồng nước chảy xiết. Hai bên bờ là màu xanh mướt của cây cỏ thiên nhiên, trên trời từng đám mây trắng vờn bay. Bản Cò Phạt nằm bên bờ sông dần hiện ra với hình ảnh những chiếc nhà sàn núp sau những lùm cây. Không gian sinh sống của người Đan Lai gợi cảm giác thanh bình. Nắm xôi còn thơm hương nếp mới, ăn cùng với thịt gà và cá mát sông Giăng chấm muối ớt sẽ giúp du khách thỏa cơn đói sau chuyến vượt sông lý thú.
Ngoài ra, du khách có thể tham quan các di tích lịch sử như nhà cụ Vi Văn Khang, cây đa, cồn Chùa lịch sử, nơi có Chi bộ Ðảng miền núi đầu tiên của vùng Tây Nam xứ Nghệ; khám phá hang ông Trạng (nơi Trạng Bùng Phùng Khắc Khoan bị vua chúa phong kiến lưu đày hơn 600 năm trước), bia Mã Nhai (nơi gần 700 năm trước quan quân Nhà Trần dẹp giặc xâm lăng miền biên ải); đến thăm các làng nghề dệt thổ cẩm của đồng bào dân tộc Thái...
Đến với Vườn quốc gia Pù Mát, du khách có thể tham gia nhiều hình thức du lịch hấp dẫn theo các tuyến: trung tâm vườn - thác Kèm - đập Phà Lài - rốn Cô Tiên; trung tâm vườn - đập Phà Lài - thăm tộc người Đan Lai; trung tâm vườn - rừng săng lẻ; trung tâm vườn - rừng nguyên sinh… Về dịch vụ, hiện nay tại Vườn quốc gia Pù Mát có 35 phòng nghỉ với 70 gường đầy đủ tiện nghi, với nhiều mức giá khác nhau theo nhu cầu du khách (đặc biệt có các nhà khách biệt thự riêng biệt)…