Obiekt ten jest silnie zróżnicowany pod względem ukształtowania terenu, warunków siedliskowych, roślinności, składu gatunkowego zarówno flory spontanicznej, jak i nasadzeń. Wyróżnić w nim można część południową zwaną częścią ozdobną składającą się z różnorodnych zadrzewień i polan parkowych wkomponowanych w przestrzenie widokowe. Część północna ma charakter leśny, bowiem zachowały się tutaj fragmenty naturalnych zespołów leśnych. Centralną część parku zdobią dwa stawy widokowe o łącznej powierzchni 5 ha.

Wykonana w 2004 roku inwentaryzacja wykazała w parku-arboretum około 80 tysięcy drzew, z czego 262 okazy mają wymiary pomnikowe. Zobaczyć tutaj można 56 drzew okazowych, w tym 6 pojedynczo rosnących drzew wyróżniających się szczególnymi walorami dekoracyjnymi. W parku rośnie około 600 gatunków i odmian drzew i krzewów. Niektóre okazy należą do najstarszych i najpiękniejszych w Polsce. Są to między innymi: dęby szypułkowe, lipy drobnolistne, graby pospolite, daglezje zielone, sosny rumelijskie, dąb błotny, cypryśnik błotny, cyprysik nutkajski, strączyn żółty i inne. Z uwagi na obecność wielu starych okazów gołuchowski park nazywany jest „żywym muzeum drzew". W gołuchowskim parku-arboretum wyselekcjonowano kilka odmian miejscowych np. Larix decidua ‘Gołuchów', Quercus robur ‘Fastigiata Gołuchów' oraz Picea glauca ‘Gołuchów'. Zgromadzone w kolekcji dendrologicznej okazy występują w różnych formach. Są to pojedyncze drzewa, grupy drzew, drzewostany, kępy młodych drzew i krzewów, klomby, żywopłoty oraz aleje drzew. Znajduje się tu pięć zabytkowych alei: lipowo-grabowa, lipowa, świerkowa, daglezjowa oraz dębowo-grabowa.

  Pośród dziko rosnących roślin naczyniowych w gołuchowskim parku odnotowano 510 gatunków, z których kilkanaście należy do gatunków rzadkich w skali kraju i regionu. Są to między innymi: obrazki plamiste, sit błotny, orlik pospolity, goździk kropkowany, kalina koralowa i inne. Na terenie parku określono w stanie zbliżonym do naturalnego, następujące zbiorowiska roślinne objęte ochroną prawną: zbiorowisko terofitów okresowo wysychających brzegów wód, grąd środkowoeuropejski, łęg jesionowo-olszowy oraz łęg wiązowo-jesionowy. Do zabytkowych obiektów należy również dawna szkółka drzew i krzewów, pełniąca obecnie funkcję ogrodu roślin ozdobnych. W zabytkowej szkółce rośnie ponad 200 gatunków roślin w postaci drzew, krzewów oraz bylin. Na terenie szkółki znajduje się także odrestaurowana w 2009 roku ananasarnia, zabytkowe winnice oraz urządzona współcześnie woliera z pawiami.

  Duża powierzchnia parku, różnorodność siedlisk i obecność wielu sędziwych drzew sprawiają, że ogród dendrologiczny stanowi miejsce występowania wielu gatunków zwierząt, w tym objętych ochroną prawną. W 2004 roku stwierdzono tu obecność 7 gatunków płazów, 3 gatunków gadów, 70 gatunków ptaków oraz 26 gatunków ssaków a wśród nich bytuje tu bóbr europejski. Od szeregu lat w gołuchowskim parku-arboretum prowadzona jest rewaloryzacja zarówno części ozdobnej jak i części leśnej. Wyremontowane zostały stawy widokowe, drewniane mostki oraz najpopularniejsze ścieżki spacerowe. Na terenie parku prowadzona jest edukacja ekologiczna, dla potrzeb której opracowano osiem ścieżek dydaktycznych. Gołuchowski park-arboretum cieszy się dużą popularnością, rocznie odwiedza go blisko 200 tysięcy turystów.