Nonostante molte opere d'arte originarie siano state rimosse nel corso dei secoli, il parco ne conserva ancora molte di rilevante interesse. Tra queste si annovera: il Colosso dell'Appennino di Giambologna; la Fonte di Giove, la cui copia fu collocata dai Demidoff alla fine dell'Ottocento; le due mete di spugna; la Cappella, a pianta esagonale con loggiato esterno, in prossimità della quale è sepolta l'ultima principessa Demidoff; la Fonte del Mugnone, la cui statua fu scolpita dal Giambologna (1577); la Peschiera della Maschera, adibita anche a piscina e attrezzata per bagni caldi; la Grande Voliera; la Fagianeria; la Grotta di Cupido, costruita dal Buontalenti nel 1577; il Casino neoclassico di Montili, realizzato intorno al 1820 dall'architetto Luigi de Cambray-Digny.
In tutto il parco sono presenti alberi secolari, tra cui querce, farnie, cedri e ippocastani, veri e propri monumenti naturali ricchi di suggestione.