Заповедные территории обладают большим разнообразием природных экосистем, что обусловлено значительной протяженностью с юга на север и с запада на восток. Это царство разнообразных лишайников, которых на территории заповедника насчитывается до 300 видов. Cамыми распространенными являются цетрарии снежная и исландская, кладонии оленья, лесная и звездчатая, пельтигеры. На некоторых островах сохранились нетронутыми первичные ягельные тундры.
Одними из ярких и своеобразных природных комплексов заповедника «Ненецкий» можно назвать арктические пятнистые тундры, расположенные на высоких каменистых морских террасах заповедных арктических островов Долгий, Голец и Матвеев. Большое значение среди природных экосистем имеют приморские луга или лайды, привлекающие сотни тысяч водных и околоводных птиц. Они уникальны, поскольку сформированы под влиянием систематического воздействия приливов-отливов в суровых условиях арктического климата. Флора таких лугов весьма специфична. Нельзя не отметить болотные системы, представленные, в основном осоко-сфагновыми болотами и мочажинами. Они приурочены к депрессиям рельефа, подстилаются торфом, для них характерно близкое залегание мерзлоты. Всего флора сосудистых растений насчитывает 340 видов.
Территория заповедника «Ненецкий» является одним из важнейших очагов воспроизводства популяций водоплавающих и околоводных птиц. Здесь проходит Восточно-Атлантический миграционный путь. Самыми шумными и многочисленными являются стаи белолобых гусей, гуменников, малых лебедей, морянок, белощёких казарок. В августе-сентябре акватории заповедника ещё больше наполняются птичьим гомоном. В междуречье р. Хабуйка и р. Хуновей на линьку прилетают около 2500 малых лебедей. Речные утки находят себе места для линьки в мелкокустарниковых с травянистыми берегами водоёмах. На мелководьях кормятся многочисленные морские утки: морская чернеть, синьга, морянка, обыкновенная гага, гага-гребенушка и др. Вдоль побережья Печорской губы на отливах кормятся тысячи куликов различных видов - галстучники, камнешарки, чернозобики и песочники. Помимо многочисленных стай птиц на территории заповедника можно встретить представителей почти всех основных классов животных. Исключение составляют представители пресмыкающихся, которых пока не удалось обнаружить.
Здесь обитают как типично арктические звери, ассоциирующиеся у нас с суровым климатом Арктики (белый медведь, песец), так и более южные, лесные жители (лось и бурый медведь). Это обычные места обитания зайца-беляка, ондатры, копытного лемминга, водяной полевки, можно увидеть лисицу, горностая и даже росомаху.
Всего на территории заповедника отмечено 27 видов млекопитающих, из которых 11 видов - морские животные.В Печорском море часто встречается кольчатый тюлень (нерпа), реже отмечаются белуха и морской заяц. Численность редкого атлантического моржа на морских островах достигает более 2000 особей.
Ихтиофауна представлена 42 видами рыб. В водоемах заповедника обитают ценнейшие рыбы семейства сиговых – сиг, пелядь, чир, нельма, ряпушка, омуль и прибрежные морские рыбы – навага, чешско-печорская сельдь, камбала. Через юго-восточную часть Печорского моря проходит миграционный путь семги – самой крупной популяции атлантического лосося, являющейся объектом международного значения. Из видов, занесенных в Красную книгу РФ и НАО, встречаются 4 вида рыб: речной угорь, сибирский осетр, нельма, бычок-подкаменщик.
Суровую зиму переживают остромордые и травяные лягушки. Летом территория заповедника наполняется сотнями видов пауков и насекомых, которые являются важнейшим компонентом тундровых экосистем .
