Флора Дарвинского заповедника типична для подзоны южной тайги. Его территория относится к Валдайско-Онежской подпровинции Североевропейской провинции Евроазиатской таежной области . Количество видов растений, достоверно установленных в заповеднике:
Низшие: Грибы - 126 видов, Лишайники – 128 видов
Всего низших растений 254 вида
Высшие: а) Несосудистые: Мохообразные – 149 видов
б) Сосудистые: Папоротникообразные – 25 видов, Голосеменные – 4 вида, Покрытосеменные – 569 видов,
Итого сосудистых растений – 598 видов
Всего высших растений – 747 видов
Район Рыбинского водохранилища находится в бореальной подобласти Палеарктики, на стыке Европейско-Сибирской таежной и Европейской лесной провинций. В заповеднике, который находится в пределах Европейско-Сибирской провинции, есть и типичные таежные виды — бурый медведь, черный хорь, лесная куница, рябчик, глухарь, кукша, юрок, и такие широко распространенные, как лось, кабан, обыкновенная полевка, тетерев, серый журавль. Сейчас в заповеднике обитает 37 видов млекопитающих из 6 отрядов и 16 семейств. Парнокопытных представляют два вида — лось и кабан. Лось — исконный обитатель Молого-Шекснинского междуречья. Численность его в этом регионе за последние два столетия неоднократно резко менялась. Кабан на территории Молого-Шекснинского междуречья был обычным зверем только в древние времена.
В заповеднике кабан впервые появился в 1964 г. Несколько зверей зимой перешли по льду Мологу в районе г. Весьегонска. Так же как и в других местах, кабаны здесь очень быстро размножились, образовав мощную устойчивую популяцию из 200-300 зверей, и стали весьма заметным компонентом многих биоценозов. Следы роющей деятельности кабанов в последние годы видны повсюду.
Заповедник является ключевой орнитологической областью. Фауна пернатых заповедника насчитывает около 250 видов птиц встречающихся на пролете. Из них 133 вида гнездящихся
Из семи видов земноводных, зарегистрированных в заповеднике, чаще всего встречаются остромордая и прудовая лягушки и серая жаба. Пресмыкающиеся заповедника характерны для южной тайги. Это — живородящая и прыткая ящерицы, веретеница, обыкновенный уж и гадюка.
Сейчас в Моложском плесе в районе заповедника обитает 22 вида рыб. Последние годы увеличивается количество сома, уменьшается количество налима.
В заповедных лесах, где много сухостоя и валежника, казалось бы, должно быть очень много вредителей древесины, как первичных (короедов), так и вторичных (усачей, златок). Однако за все время существования заповедника ни разу не возникали массовые вспышки численности этих насекомых. По-видимому, благополучие лесов обеспечивается обилием и повсеместным распространением муравьев, значение которых по достоинству было оценено еще в 1963 г. Муравейники можно найти в почве, в травяных и моховых кочках, вокруг каждого дерева, под любой корягой. Ходами древесных муравьев пронизаны не только стволы, но и каждый сучок упавших деревьев. Наиболее многочисленны 13 видов муравьев, в основном из родов Formica, Myrmica, Lasius и Camponotus.
Из других активных врагов вредных насекомых многочисленны пауки, прежде всего пауки-охотники семейства ликозид, а также пауки семейств Thomisidae и Araneidae. Всего в заповеднике определено 114 видов пауковДарвинский государственный заповедник организован 15 июля 1945 года распоряжением Совета Народных Комиссаров РСФСР. Помимо общих задач охраны и исследования природы в естественных условиях перед заповедником была поставлена специальная задача — изучить изменения в природе под влиянием Рыбинского водохранилища. Заповедник получил имя великого английского естествоиспытателя, основоположника эволюционной теории Чарльза Дарвина.
Леса заповедника в дореволюционное время довольно интенсивно осваивались и находились во владении помещиков, земельных обществ, небольшая площадь лесов входила в состав казенных лесов.
Был распространен углежегный промысел, о чем свидетельствуют старые угольные ямы. Из за подъёма грунтовых вод, сейчас все они заселены хищниками-норниками (лиса, барсук и т.д.) бывает, что и волки устраивают там свои логова, а медведи ложатся в спячку.
В 2000-2001гг. заповедник провел большую работу по организации охранной зоны в двух субъектах Федерации - в Вологодской и Ярославской областях. 16 декабря 2002 года в соответствии с решением Бюро ЮНЕСКО Дарвинский заповедник получил статус международного биосферного резервата ЮНЕСКО.