该区域的主要保护对象为亚热带中山湿性常驻绿阔叶林生态系统以及长臂猿、绿孔雀等珍贵野生动物。保护区内植被类型多样，垂直带谱完整，共分为8个植被型，19个群系；共有高等植物约1486种，隶属207科，702属，其中蕨类植物有35科，61属，123种，裸子植物有7科，12属，15种，被子植物165科，647属，1344种。属国家珍稀濒危保护动植物名录中二级保护植物的有水表树、银杏，三级保护植物有云南七叶树、翠柏、旱地油杉、林生芒果、红花木莲、思茅豆腐紫外线、景东翅子树、千果榄仁、红椿、蓖齿苏铁、任木等。
保护区内茂密的原始森林，以及潮湿的气候，是野生动物理想的自下而上栖息、活动和繁衍的场所。据初步调查，哀牢山自然保护区楚雄、双柏两个分区共有哺乳动物86种，分隶27科、63属。其中列入国家级保护动物的有黑长臂猿、短尾猴、菲氏叶猴、树鼠、穿山甲、小灵猫、大灵猫、金猫、豹猫、云豹、水鹿、鬣羚、斑羚等，还有大量的黑熊、野猫出没于丛林中。保护区内，有类323种，其中繁殖260种，旅鸟、冬候鸟和留鸟260种（旅鸟和冬候鸟共63种),云南地方特有的鸟类20种。这些禽鸟，列入国家保护动物名录的珍稀类有鸳鸯、红腹角雉、绿孔雀、白鸟、白腹锦鸡、棕头鸥、绯胸鹦鹉、凤头鹰、雀鹰棕翅鹰、黑秃鹫、鹊鹞、蛇雕、猛隼等。保护区内，还有爬行动物39种，隶属9科、27属；两栖动物26种，隶属8 科、16属，其中的哀牢髭蜍、哀牢蟾蜍、景东齿蟾为哀牢山的特有种。
保护区森林土壤内有繁盛的微生物。林下的凋零物和表土层，是表霉菌属、曲霉属、木霉属、头孢霉属等小型真菌活跃的场所。林内的倒木枯枝，是香菇、木耳的营养基地。在这块保护区内，有天然食用菌14种。
自然保护区地处红河上游礼舍江流域段，具有完整的水源涵养作用，其所外的地理位置，蕴藏的生物种类，保存的森林面积和完整的生态系统，对保护、挖掘、发展和合理利用生物群体的自然演变规律，发挥森林资源的经济生态效益，有着重要的作用。
