本区集湖泊、湿地、草原、沙地、残丘山地等多种生态系统为一体，由北向南形成了玄武岩台地棗湖积平原棗湖盆低地棗风成沙地依次排列的景观格局。特殊的自然地理条件，孕育了内蒙古高原上著名的内陆湖泊生太系统，境内有大小湖泊22个，其中最大的达来诺尔湖面积22833公顷。众多的湖泊、河流、沼泽及湿草甸等构成了占保护区总面积35.8％的多样的湿地生态系统，因而被列为亚洲重要湿地。
保护区内多样的生态环境条件孕育了丰富的物种资源，据调查，种子植物有434种；脊椎动物中有鱼类21种，鸟类133种，哺乳类15种。基中被列为国家一级保护野生动物的有白鹳、黑鹳、丹顶鹤、大鸨、玉带海雕等5种；国家二级保护野生动物有大天鹅、白枕鹤、灰鹤等18种。本区是丹顶鹤、大鸨、大天鹅等珍稀鸟类的繁殖地和南北候鸟迁徙的重要停歇地，也是目前为止发现的世界上丹顶鹤繁殖的最西界，具有极为重要的保护价值。
