На участках заповедника всесторонне представлена растительность, характерная для высоких широт. Основной тип растительности тундры — мхи и лишайники, стойко переносящие суровые условия Арктики. Они раскрашивают тундру в различные цвета, от ярко-желтого до черного. К северу лишайники в большей степени доминируют над другими растениями, которые за короткое полярное лето не способны пройти все стадии своего развития и цветут не ежегодно. Арктические растения низкорослые, ветви их распластаны по земле, а корневые системы разрастаются в основном в горизонтальном направлении. Арктическая пустыня практически лишена растительности: нет кустарников, лишайники и мхи не образуют сплошного покрова. Общее покрытие растений исчисляется здесь лишь немногими процентами.
Суровость климата Арктического севера сказывается и на фауне региона, поэтому неудивительно, что животный мир заповедника в видовом отношении небогат, однако многие его представители занесены в Международную Красную книгу, Красную книгу России и Красную книгу Красноярского края. Всех животных объединяет специфика приспособления к жизни в полярных условиях.
Фауна птиц Большого Арктического заповедника насчитывает 124 вида, из которых 55 видов достоверно гнездятся на его территории. Остальные встречены на пролете и кочевках, для 41 вида известны залеты. Характерными обитателями тундры являются белая сова и тундряная куропатка, которые не покидают суровый Таймыр зимой. Такие птицы как сибирская гага, белая и розовая чайки практически круглый год не выходят за пределы Полярного бассейна. С наступлением весны в Арктику прилетают многотысячные стаи белолобых гусей, черных казарок, разнообразные северные кулики. В заповеднике встречаются редкие виды чаек.
Фауна млекопитающих заповедника насчитывает 16 видов. Среди них — северный олень, волк, песец, горностай, морж, овцебык, белый медведь. Биологи отмечают, что запрет охоты на белого медведя привел к значительному росту его численности. Как одиночные медведи, так и медведицы с медвежатами регулярно встречаются у населенных пунктов и полярных станций.
Ихтиофауна заповедника насчитывает 29 видов рыб. Большинство из них относятся к семействам лососевых и сиговых. Наиболее распространенными видами в пресных водах основной территории заповедника являются арктический голец, омуль, муксун и ряпушка, сибирский хариус. Морские акватории представлены сайкой, ледовитоморской рогаткой, полярной камбалой. На территории заказника «Бреховские острова» встречаются сибирский осетр, стерлядь, нельма и щука.