Полигон занимает участок Урало-Илекского междуречья, охватывающий левобережную часть верховий реки Донгуз, верховье реки Черной вместе с прилегающими к ней правобережными сыртами, верхнюю часть бассейна Большой Песчанки и ее междуречье с Сухой Песчанкой, а также серию высоких холмов осевой части Урало-Илекского водораздела в верховьях реки Ветлянки (Чибилев, 1992).

Различие геоморфологических условий и сложность геологического строения территории обусловили большую пестроту ее почвенно-растительного покрова. Основными почвами являются южные маломощные черноземы, перемежающиеся со щебневатыми и галечниковыми, часто в комплексе с солонцами.

Основным типом растительности являются степи, а именно – сухие ксерофитноразнотравно-типчаково-ковыльные степи с преобладанием ковыля Лессинга, тырсы, типчака, тонконога. По долинам рек и балкам развита урема – галерейные пойменные леса из ветлы, тополя и осины с густыми кустарниковыми зарослями. Обнажения меловых гор в верховьях Большой Песчанки являются местом произрастания редких кальцефитных растений, таких как пупавка Корнух-Троцкого, копеечник Разумовского, левкой душистый и др.

Особая ценность участка в том, что здесь сохранились эталоны зональных плакорных степей на среднемощных южных черноземах. Донгузская степь – по-видимому, самый крупный из сохранившихся в России участков равнинных разнотравно-типчаково-ковыльных степей. В первую очередь, необходимо взять под охрану такие урочища плакорных степей, как Дудаково Поле на междуречье Сивушки, Грязнушки и Черной, Папайскую степь на левобережье Черной между оврагами Галечным и Купай, а также обширную плакорную степь на междуречье Черной и Елшанки в юго-восточной части полигона. Кроме того, прекрасные участки сохранились по балке Суходол, у горы Маячной и в верховьях оврагов Никольский и Угольный.

В пределах территории обитают косуля, заяц, барсук, бобр, заходят лось и кабан. С плотностью 4-5 пар на 100 га гнездится стрепет. В 1995 г. в Донгузской степи учтено не менее 40 особей степных орлов, 16 пар красавок. Обычны серая куропатка и перепел. Отмечалась степная тиркушка. По оврагам, балкам обитают барсук, лиса, заяц, степная пищуха, многочисленные мелкие млекопитающие.

Изучение природы Донгузского полигона проводится с перерывами с середины 1990-х годов. Работы по проектированию ООПТ на территории Донгузской степи проводятся с 2006 г. в рамках проекта «Степные эталоны Урало-Илекского междуречья», поддержанного администрацией Оренбургской области. В 2008 году должно быть подготовлено эколого-экономическое обоснование для создания ведомственной (министерства обороны РФ) охраняемой природной территории «Донгузская степь».