Барсакелмес мемлекеттік қорығы 1939 жылы құрылған. Қорық аймағы Қызылорда облысының Арал ауданындағы Барсакелмес аралында орналасқан. Аумақтың ауданы 18 мың гектардан асады, оның ішінде 164 гектар — орманмен жабылған.
Геоморфологиялық тұрғыдан Барсакелмес қорығы екі негізгі бөлікке бөлінеді: қабатты-денудациялық жазық және теңіз аккумулятивті жазық. Қабатты-денудациялық жазық аралдың негізгісін, материгін құрайды және бірқатар кішігірім геоморфологиялық түзілімдерді қамтиды. Аралдың оңтүстігінде биік жазық орналасқан. Оның батыс жартысы тегіс, шығыс бөлігінде арқалықтар мен сайлар бар. Биік үстірт төмен абразивті жазыққа өте тік беткеймен өтеді. Мұнда бедер айқынырақ, оңтүстіктен солтүстікке қарай созылған бірқатар ауыспалы жоталар мен ойпаттар бар.
Жалпы арал бетінің бедері жұмсақ, тек оңтүстік пен оңтүстік-батыста Арал теңізінің деңгейінен 60 м биіктікке дейін шектейтін үстірттер бар. Аралдың негізгі бөлігінде сазды-сортаңды шөлдерге тән геоморфологиялық және топырақ түзілімдері бар. Өзіне тән «жаман жерлердің» екі учаскесі бар (Шығыс және Батыс Кебірсай) — бұл салыстырмалы биіктігі 10-12 м дейінгі арқалықтар мен төбелер жүйесі, торсиған гипс кристалдары бар жасыл түсті олигоден сазымен жабылған. Аралда бірнеше ағынсыз ойыстар, такырлар және томпиған сортаң бар.
Аралдың негізгі бөлігі негізінен олигоцен шөгінділерінен тұрады: чеган қабатының жасыл-сұр гипс саздары, әкті жентектас және Құтан-Бұлақ қабатының тақта құмы. Кейбір жерлерде төменгі миоцендік Арал қабатының қызыл-қоңыр гипс тәрізді саздары кездеседі. Кристалды гипс саздарға тік құлаған, кейде тік қабаттар немесе қуыс шарлар, сондай-ақ олардың сынықтары түрінде қосылған. Чеган қабатының саздарында қазба моллюскаларының қабыршағы кездеседі.
Аралда әртүрлі деңгейдегі сұр-қоңыр топырақтар мен топырақ көкжиегінің дамуы кең таралған: сұр жусанының астында хлорид-натрий аздап тұздалған сортаң топырақтар, ал бұйырғындардың астында — натрий-сульфатты қатты тұздалған сортаң топырақтар; сондай-ақ тақыр топырақтары, сортаңдар, қамыс қопасының астындағы шалғынды-батпақты топырақтар. Құмдардың едәуір аймағында топырақ қабаты жоқ.
Барсакелмес қорығында шөлдерге тән климаттық жағдайлар бар - суық және континентті. Орташа жылдық ауа температурасы 8,7° С; қаңтардың орташа айлық температурасы -8,8° С (абсолютті минимум -31° С), шілдеде — шамамен 26° С (абсолютті максимум 39,4°С). Мамырдың, маусымның, шілденің, тамыздың және қыркүйектің орташа айлық температурасы 18° С-тан жоғары. Абсолютті жылы кезеңнің ұзақтығы 204— 223 күн, жауын-шашынның орташа жылдық мөлшері 108 мм.
Жаз ұзақ, ыстық және құрғақ, қысы салыстырмалы түрде қатал. Жылдан жылға ауа-райы мен климаттық факторлар өзгеріп тұрады. Жауын-шашынның жылдық мөлшері 25-тен 208 мм-ге дейін, қысқы маусымның ұзақтығы 61-ден 138 күнге дейін. Қыс мезгілінде оң орташа тәуліктік температура мен еритін күндер болады. Температураның тәуліктік ауытқуының амплитудасы үлкен. Жылда қатты қар жамылғысы бола бермейді. Қар жамылғысы бар күндер саны 42-ден 118-ге дейін.
Аралда тұрақты су қоймалары жоқ. Қар еріген кезде және қатты жаңбырдан кейін уақытша су қоймалары пайда болады.
Аралдың өсімдіктеріне кешенділік тән. Аралдың сазды-сортанды бөлігінде кешендердің 6 түрі бар: бұйырғынды-сұр жусанды, сұр жусанды-бұйырғынды, шөлді-бидайықты-бұйырғынды, шөлді-бидайықты-бұйырғынды-сұр жусанды, сұр жусанды-бұйырғынды-шөлді-бидайықты және шөлді-бидайықты-сұр жусанды- бұйырғынды. Олардың құрамындағы жусан сұр топырақты, бұйырғын сортаңды, шөлді бидайықты, бетегелі (6 түрі), шығыс мортук, сарсазан, бұзаубас, итсигек және т.б. бар. Аралдың осы бөлігінің ағаш-бұта өсімдіктері қара сексеуіл, жыңғылды, ірі гүлді қараған және т.б.
Құмдарда өсімдік кешендерінің 15 түрі айқындалған. Мұнда ағаш-бұта өсімдіктері жиі кездеседі. Сексеуілдердің (қара және ақ), жыңғылды, жүзгінді, ақтікен, лицияның тығыз қопаларының учаскелері бар. Төмен қарай қарабарақ, сарсазан, бұзаубас, ащышөп бар тұзды батпақтар жиі кездеседі. Аралда барлығы 257 гүлді өсімдіктердің түрі тіркелген, оның ішінде шөптесін формалары 204 түрі, ағаштар – 3, бұталар — 20, бұташықтар — 5, жартылай бұталар — 6, жартылай бұташықтар -12 және интродукциялар - 7 түрі.
Флорада шөптесін өсімдіктер басым болғанына қарамастан, ең үлкен аумақтарды ағаш пішіндерінен пайда болған фитоценоздар көбірек. Барсакелмес қорығының флорасының жартысына жуығы эфемерлер мен эфемероидтардан тұрады. Аралдағы көктем көрікті – қызғалдақтар, көгілдірлер, айдаршөптер, жанаргүл, қазтамақ, қоқтын және т.б. Торсылдақтың өскіндері өте ерекше көрінеді. Татар рауғашы көп. Маусым айының ортасына қарай шөл біркелкі сұр түске боялады. Құмдарда өсімдіктердің өсуі ұзаққа созылады.
Арал фаунасы материктік фаунадан ерекшеленеді және кішігірім түрде. Аралда сүтқоректілердің 13 түрі, құстардың 202 түрі, бауырымен жорғалаушылардың 8 түрі тіркелген. Қорық жануарларының арасында құлан, қарақұйрық және ақбөкен сияқты сирек кездесетін түрлер бар. Мұнда құстардың ішінен жек дуадақ, кішкентай және сұр бозторғай, кәдімгі тасшымшық және сарғалдақ сұлыкеш бар.
Барсакелмес қорығы бірегей, өйткені оның аралдық жағдайы аралдың өзіне тән және қайталанбас флорасы мен фаунасын сақтай алады.