山間部の上流部は、周辺の山地の樹林地に生息するホンドジカやオオタカ等の山地性の生物が多く生息します。一方、河川の所々に広がる砂礫の中洲や寄州ではツルヨシが群落を形成するほか、ツルヨシが生えない自然裸地ではイカルチドリ、コチドリが営巣します。
鳥取市中心市街地に位置する下流部は、河口から4km付近に秋里潮止堰があり、堰下流の感潮域では、スズキやボラ等の汽水魚が生息します。堰上流の淡水区間では冬期にコハクチョウ等、多くの野鳥が渡来するほか、水際にはヨシやヤナギ等が繁茂し、オオヨシキリ等の鳥類が生息します。このような場所には、ミクリやカワヂシャ、ヒメガマ等の抽水植物も生育し、多様な生物の生息場所となっています。
また、河口から7~9km付近に広がる大規模な平瀬は、千代川の重要なアユの産卵場となっています。