La posición biogeográfica de la Reserva de la Biosfera Sierra Gorda entre las bioregiones Neotropical, Neártica y Mesoamericana de Montaña la hacen uno de los lugares más ricos en cuanto a su ecodiversidad y uno de los más biodiversos de México.

La Sierra Gorda es una de las áreas protegidas con mayor biodiversidad en especies de flora, fauna, y macromicetos en el país. Por su diversidad de microclimas y a su particular orografía se encuentran especies endémicas convirtiéndola en un sitio vital de conservación.

Sus ecosistemas varían desde matorrales xerófilos a bosques templados, pasando por bosques de niebla, por lo que el polígono de la RBSG está incluido en la Región Terrestre Prioritaria #101, Sierra Gorda-Río Moctezuma y en la Región Hidrológica Prioritaria #75, Confluencia de las Huastecas, de acuerdo a la Comisión Nacional para el Uso y Conocimiento de la Biodiversidad, debido a su valor para la conservación y productividad hidrológica.

La conservación estos ecosistemas es esencial ya que aquí residen un gran número de especies florística y faunística en categoría de riesgo de acuerdo a la NOM-059-SEMARNAT-2001 y sirven como refugio para varias especies migratorias.

Los macizos boscosos de la RBSG destacan en el centro del país por su extensión y estado de conservación, que a su vez permiten una importante derrama por servicios ambientales que benefician a un muy amplio número de personas.

La Sierra Gorda Queretana contribuye significativamente a la captura y almacenaje de carbono; de acuerdo a un reciente estudio ejecutado por la ONG local Bosque Sustentable A.C., y el Centro de Calidad Ambiental del Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey se estima que en sus principales tipos de vegetación se encuentran almacenadas 124,065,851 toneladas de carbono por lo que de su conservación depende su no emisión a la atmósfera y mitigación del cambio climático.

Su vegetación abarca 8 tipos y 7 sub-tipos de vegetación, que albergan alrededor de 2.300 especies de plantas vasculares.

La diversidad faunística de vertebrados la integran 111 especies de mamíferos, 333 especies de aves, 97 de reptiles, 34 de anfibios y 27 especies de peces. Es una de las áreas protegidas con mayor riqueza de especies de mamíferos en el país con poblaciones de las seis especies de felinos presentes en el territorio nacional como el jaguar, el tigrillo y el leoncillo que se encuentran en la NOM-059-SEMARNAT-2001.

Con 333 especies de aves, la RBSG se convirtió en un Área de Importancia para la Conservación de las AVES (AICA), con la presencia de 27 especies endémicas o cuasi-endémicas a México, 41 con estatus de protección de acuerdo a la NOM-059-SEMARNAT-2001, que incluye poblaciones de especies amenazadas como la guacamaya verde y el hocofaisán.

La Presa Jalpan, cercana a la cabecera municipal Jalpan de Serra, fue declarada sitio Ramsar el 2 de febrero de 2004 por ser humedal de importancia mundial. La presa atrae a varias especies de aves acuáticas y migratorias, sirviendo como sitio de reproducción y refugio de cerca de 140 especies reportadas en las inmediaciones de la presa. Es importante por su función como fuente de agua potable y por la derrama económica derivada de este embalse para el regadío de terrenos agrícolas del Distrito de Riego 001 que dan empleo a varios trabajadores.