Алма-Атинский заповедник организован в 1931 г. в пределах Мало-Алма-Атинского лесничества на северном склоне Заилийского Алатау. В 1951 г. заповедник был закрыт, а в 1961 г. восстановлен. Расположен в центральной части Заилийского Алатау и на левом берегу р. Или. По площади является одним и самых крупных в Казахстане - почти 92 тыс га, из них 9,5 тыс га — лесопокрытая, 14 тыс га занимают луга и 137 га — водоемы.
Территория заповедной зоны находится в Талгарском горном массиве, здесь также расположена самая высокая гора заповедника - пик Талгар(5017 м), Из-за горной рельефа здесь протекают всего две речки — Талгара и Иссыка.
Почвы в нижней части склонов — темно-серые оподзоленные, в разной степени деградированные черноземы, в более высоких частях процент гумуса уменьшается, а еще выше уменьшаются подзоленность и мощность почвенных горизонтов.
Климат разнообразен: от жаркого и сухого на пустынно-степном участке до сурового и влажного, свойственного арктическим тундрам, в субнивальном поясе Талгара.
Речки в Алма-Атинском заповеднике небольшие, до 10 м в ширину и до 1 м глубиной. В маловодье они спокойны, но в период интенсивного таяния снега и льда в горах они превращаются в бурные потоки, нередко селевые.
В заповеднике представлены три растительных пояса: лесо-лугостепной, субальпийский и альпийский. В самой нижней части лесной зоны (1300— 1700 м над ур. м.) преобладают лиственные, в основном дикоплодные леса, состоящие из яблонь, абрикосов, боярышника в сочетании с осиной и ивой, а также кустарниками жимолостью, шиповником, облепихой, барбарисом, малиной. Они невелики по площади, немногим более 150 га. Выше лиственных лесов размещены хвойные, состоящие исключительно из ели Шренка с подлеском из рябины, ивы и черноплодного кизильника. У верхней границы леса обычны куртины кустов сибирской арчи.
В субальнийском поясе ель произрастает отдельными рощицами, поднимаясь по распадкам и седловинам языками до альпийского пояса. Лесом покрыты в основном северные склоны, на южных, в зоне нижнего лесного пояса, произрастает преимущественно степная растительность. Здесь обычны тимофеевка Бремера, овсяница Генешина, полыни, ковыль-волосатик. Западные и восточные склоны — это, как правило, участки, стыкующиеся с долинами рек, поэтому здесь чаще встречаются луга, растительпость которых состоит из мятликов, борщевников, житняков, колокольчиков, астрагалов и т. п. На субальпийских лугах широко распространены незабудки, герани, манжетки, гречишники, ясколки и горечавки. Еще выше, на альпийских лугах — злаково-разнотравные низкорослые группировки, адаптированные к суровому климату высокогорья.
Алма-Атинский заповедник представляет собой сложный рельеф и мозаичность скал, которые очень сильно влияют на животный мир. Здесь встречаются 64 вида млекопитающих и около 200 видов птиц. Джейран и архар обитают в пустынно-степной части, в урочище Калканы, где несколько безлесных возвышенностей разрезаются сетью сухих промоин. Местами здесь довольно хорошие степные пастбища, что позволяет животным нормально существовать. Однако в зимнее время пастбища не обеспечивают их достаточным количеством пищи и животные вынуждены откочевывать за пределы заповедника.
В горной части распространены косуля, марал, кабан и тэк — сибирский козерог. Первые три вида немногочисленны, главным образом, из-за глубокоснежья, а также в связи с недостатком зимних кормов. Сибирских же козерогов значительно больше. Обитают они в субальпийской и альпийской зонах, у верхней границы леса, в зоне открытых скал и каменистых россыпей, однако довольно часто спускаются в зону леса. Зимой, в период глубокоснежья, копытные горного района иногда откочевывают на южные склоны гор, где либо вообще не бывает снега, либо он быстро вытаивает. Как правило, такие участки находятся вне пределов заповедника, в охранной зоне.
Барс в заповеднике редок и встречается не каждый год. Следы его жизнедеятельности отмечаются только в высокогорных районах, в местах обитания тэков — основной жертвы этой крупной кошки. Рысь обычна, но численность ее мала. Немного и белокоготных бурых медведей, которые обитают в ельниках среднегорья, но в период созревания и опадания диких плодов спускаются в лиственные леса, где кормятся яблоками и абрикосами. Волки держатся в заповеднике преимущественно в летнее время, зимой чаще откочевывают вслед за стадами домашних животных, пасущимися на горных пастбищах у границ заповедника. Лисица обитает в безлесных высокогорных участках. На зиму, однако, спускается ниже, в зону лесов.
Довольно полно представлены в Алма-Атинском заповеднике куньи. Встречаются барсук, выдра, каменная куница, горностаи, забегает соболь, завезенный в Заилий-ский Алатау в начале 60-х годов. Чаще других встречается куница-бело-душка. Она живет во всей полосе зоны лесов, спускаясь иногда даже в предгорья. В зависимости от сезона года перемещается от верхней границы леса (в бесснежный период), где питается грызунами, до лиственного леса (зимой), в котором промышляет фруктовой падалицей, ягодами и случайными мелкими зверьками и птицами.
Много в заповеднике красных пищух, обитающих в высокогорье, в зоне альпийских и субальпийских лугов, каменистых россыпей. На южных склонах некоторых отрогов можно встретить небольшие колонии серых сурков; забегают сюда и белки-телеутки, акклиматизированные в лесах Заилийского Алатау в начале 60-х годов. Многочисленна соня-полчок, есть тяныпанская мышовка, серый хомячок, слепушонка, горная серебристая, лесная и обыкновенная полевки, лесная мышь, тяныпанская и малая бурозубки, усатая ночница, нетопырь-карлик, обыкновенный ушан и поздний ушан. По долине Иссыка забегает иногда заяц-толай.
В еловых лесах обычны клесты-еловики, кедровки, много мелкой пернатой живности: лесных коньков, пищух, джунгарских гаичек, тяныпанских корольков, голубоголовых горихвосток, черногорлых завирушек. Обычен мохноногий сычик, трехпалый дятел, ястребиная сова, ушастая сова, черный ворон и филин. В долинах рек, в прирусловых участках, много бурых и белобрюхих оляпок, садовых камышевок, серых славок, варакушек. Нередки здесь синяя птица и индийская пеночка. В альпийском и субальпийском поясах обычны стенолаз, арчовый дубонос, расписная синица, красногорлый соловей, горихвостка-чернушка, красноспинная горихвостка, арчовая чечевица, горный конек, алтайская галка, клушица, алтайский вьюрок, красно-брюхая горихвостка, бекас-отшельник и др. Обитают в заповеднике бородач, улар, кеклик, тетерев и даже фазан. Из пресмыкающихся встречаются алайский гологлаз, щитомордник и озерная лягушка.
Направление научных исследований Алма-Атинского заповедника — комплексное изучение экологии ценных растений и животных, выявление факторов, влияющих на нормальную жизнедеятельность охраняемых в заповеднике биогеоценозов.