As nascentes do Rio Jequitinhonha e os aproximadamente dois quintos mais a leste da bacia estão situadas no bioma Cerrado, enquanto as áreas mais a oeste, até a desembocadura do rio no Oceano Atlântico, estão situadas no bioma Mata Atlântica, que abrange mais da metade da área da bacia. Também há uma pequena área dentro do bioma Caatinga (em torno de 15 km2).
