Государственный заповедник «Оренбургский» имеет важнейшее природоохранное значение для Оренбургской области, в нем на относительно небольшой площади сохраняется биологическое и ландшафтное разнообразие региона.

Из видов растений, которые были ранее включены в Крас­ную книгу РСФСР (1988), на территории заповедника охра­няются 20: из злаков – ковыли Залесского, красивейший и перистый, а также тонконог жестколистный; из семейства лилейных – рябчик русский и тюльпан Шренка. Произрас­тает и целый ряд очень ценных представителей семейства ирисовых – ирис карликовый и семейства орхидных – пальчатокоренник балтийский и ятрышник шлемоносный. Семейство лютиковых представлено двумя «краснокнижными» видами – адонисом весенним и живокостью уральской, ка­пустных – левкоем душистым. В степных растительных сообществах принимают участие растения-кальцефилы: копеечники Разумовского, крупноцветко­вый и серебристолистный. В солонцеватых степях и лугах Ащисайской степи встречается солодка Коржинского. В луговых сообществах и разнотравно-злаковых степях обитает люцерна решетчатая, а на лесных опушках среди кустарников – чина Литвинова, эндемик широколиственных лесов. Семейство сельдерейных пред­ставляет травянистый многолетник пушистоспайник длиннолистный, астровых – полынь солянковидная.

На территории заповедника находятся под охраной 21 вид или 47,7 % от общего количества видов растений, вклю­ченных в Красную книгу Оренбургской области (1998). Чис­ло областных «краснокнижников» пополнила пупавка Корнух-Троцкого. Кроме того, в заповеднике отмечены 48 видов растений (47,5 %) из 101 вида по области, которые могут попасть в категорию «краснокнижных» при дальней­шем ухудшении их состояния в природной среде на терри­тории Оренбургской области.

Большую группу редких растений заповедника составляют уральские эндемики и реликты. Из комплекса скально-горно-степных эндемиков в заповеднике встречаются гвоздика уральская, астрагалы Гельма и Карелина, копеечник серебристолистный, пырей инеелистный, смолевка башкирская, живокость уральская, остролодочник колосистый и др. Астрагал бороздчатый и козелец луговой, произрастающие в лу­говых степях на солонцовых и солончаковых почвах, соот­ветственно, представляют эндемиков солонцово-солончаковых и пустынных комплексов. Из 28 реликтовых растений, выявленных на территории Оренбургской области (Красная книга …, 1998), как минимум 10 видов произрастают в заповеднике. Реликтовые виды «открытых» местообитаний, сохранив­шиеся с доледникового периода, представляют овсец пустынный, клаусия солнцепечная, истод сибирский, можжевельник казацкий. Смолевка алтайская, горноколосник колючий, очиток гибридный, льнянки алтайская и слабая, лапчатка шелковая - скальные и горно-степные реликты горно-азиатского происхождения.

Современный животный мир заповедной территории от­носительно богат и разнообразен: млекопитающие – 48 ви­дов (58,5 % фауны млекопитающих Оренбургской области); птицы – 193 вида (71,5-68,9 %); рептилии – 7 видов (58,3 %); амфибии – 5 видов (55,6 %); рыбы – 6 видов (12-10 %); насе­комые – около 1000 видов (10 %).

Млекопитающие представлены 7 видами насекомоядных, 3 – рукокрылых, 23 – грызунов, 2 – зайцеобразных, 9 – хищных и 4 видами парнокопытных. 15 видов (31,9 %) млекопитающих являются общими для всех участков заповедника. Среди них – малый суслик, байбак (сурок обыкновен­ный, или степной), обыкновенная полевка, степная пеструшка, домовая мышь, степная мышовка, большой тушканчик, степная пищуха, заяц-русак, волк, лисица, корсак, барсук, ласка и степной хорек.

Территориальная разобщенность, неоднородность рельефа, различные другие условия вызвали значительные разли­чия фаунистических комплексов на участках заповедника. Наиболее богатой в видовом отношении является фауна уча­стков Буртинская степь (39 видов) и Айтуарская степь (38 видов). Общими для них являются 34 вида. Только на этих участках в лесных биотопах обитают обыкновенная и малая бурозубки, в степных и лугово-степных – белобрюхая белозубка. Рыжая, темная и водяная полевки предпочитают увлажненные местообитания. Обыкновенная кутора встречается в прибрежной полосе постоянных водотоков. Бобр и американская норка тяготеют к водоемам. Повсеместно рас­пространена мышь-малютка. Лесная и желтогорлая мыши, рысь, горностай и исполин лесов лось – обитатели черноольшаников, березовых и березово-осиновых колков с доста­точной степенью увлажнения. Только в Буртинской степи отмечена редкая для Оренбургской области узкочерепная полевка.

Из 22 видов грызунов лишь европейский степной сурок или байбак – эндемик степной фауны России – вид региональной Красной книги, встречающийся в заповеднике на всех участках. Повсеместно встречается заяц-русак, среди россыпей камней и зарослей степных кустарников живет степная пищуха (сеноставка) – узкоареальный эндемик Палеарктики, включен в Красную книгу Оренбургской области (1998).

Среди хищных млекопитающих чаще всего встречаются обыкновенная лисица и корсак. Самый крупный представитель семейства куньих – барсук, в небольшом количестве на всех участках заповедника встречаются ласка и степной хорек. В увлажненных березово-осиновых колках, черноольшаниках и зарослях кустарников обитает горностай – редкий для заповедника вид; по берегам постоянных водотоков и озер – акклиматизированная американская норка. Из­редка на участки «Буртинская степь» и «Айтуарская степь» из Башкирии заходит рысь.

Самые крупные млекопитающие – копытные – в заповеднике немногочисленны, из постоянных обитателей следует отметить кабана и лося. В бесснежное время года встречаются косуля и сайга (последний заход в 1994 г.), причем последняя включена в Красную книгу Оренбургской области.

Богатство птичьего мира заповедника тесно связано с разнообразием биотопов охраняемой территории. Благодаря это­му орнитофауна заповедника насчитывает 193 вида птиц, или до 71,5% авифауны Оренбуржья. На всех участках заповедника встречаются огарь, четыре вида луней (полевой, степной, луговой и болотный), степной орел, обыкновенная пустельга, чибис, перепел, серая куропатка, болотная сова, поле­вой и черный жаворонки, удод, желтая трясогузка и др.

В заповеднике отмечены 26 видов птиц, или 51% от обще­го количества «краснокнижных» видов области, в том числе 20 видов, которые были включены в Красные книги СССР и РСФСР. Среди них 12 видов гнездятся в заповеднике: степной лунь, курганник, степной орел, могильник, балобан, степная пустельга, красавка, дрофа, стрепет, кречетка, большой кроншнеп, морской зуек. Во время пролета встречаются краснозобая казарка, пискулька, большой подорлик, ходулочник, степная тиркушка, тювик. На участках «Буртинская степь» и «Айтуарская степь» не исключено гнездование материкового кулика-сороки и филина, ныне включенных в Красную книгу России.

Герпетофауна и брахиофауна заповедника насчитывает 14 видов, в том числе 8 – рептилий и 6 – амфибий, среди которых нет видов, внесенных в Красные книги МСОП, СССР и РСФСР. Три вида – узорчатый полоз, разноцветная ящурка и обыкновенная медянка – включены в Красную книгу Оренбургской области.

Ихтиофауну заповедника представляют 7 обычных для области видов рыб из трех отрядов – карпообразных, окунеобразных и лососеобразных. В озерах встречаются золотой и серебряный караси, одомашненная форма сазана – карп, обыкновенная плотва, обык­новенные окунь и щука, в роднике и ручье Кайнар – щиповка переднеазиатская.

Беспозвоночные животные изучены недостаточно. Наиболее исследованы жесткокрылые (жуки) – около 400 видов, перепончатокрылые – 103 вида, чешуекрылые – 102 вида, полужесткокрылые – около 80 видов, менее – двукрылые, бабочки и сетчатокрылые, очень слабо или совсем не исследованы остальные отряды. В целом список высших на­секомых, отмеченных в заповеднике, насчитывает в настоящее время около 1000 видов. Из общего количества видов насекомых, встречающихся в заповеднике, 6 видов (из 16 видов по области) были включены в Красные книги РСФСР и СССР. Сре­ди них — дозорщик-император, дыбка степная, сколия степная, пчела-плотник, шмели степной и армянский. 13 видов занесены в Красную книгу Оренбургской области, что составляет 41,9% от общего количества (31 вид) «краснокнижных» видов беспозвоночных Оренбуржья.