Флора
Флора включает 167 эндемичных видов, среди которых выделяются 23 вида собственно тарбагатайских эндемов: мертензии тарбагатайская и Попова (Mertensia tarbagataica, M. popovii), стеллеропсис тарбагатайский (Stelleropsis tarbagataica), акантолимон тарбагатайский (Acantholimon tarbagataicum), шлемник неправильный (Scutellaria irregularis) и др. На территории будущего парка произрастает 32 вида высших сосудистых растений, включенных в Перечень редких и находящихся под угрозой исчезновения видов животных и растений Республики Казахстан (2006): прострел раскрытый (Pulsatilla patens), адонисы весенний и пушистый (Adonis vernalis, A. villosa), голосемянник алтайский (Gymnospermium altaicum), пионы степной и Марьин корень (Paeonia hybrida, P. anomala), ревени алтайский и Виттрока (Rheum altaicum, R. witrockii), песчанка Потанина (Arenaria potaninii), акантолимон тарбагатайский, иконниковия Кауфмана (Ikonnikovia kaufmanniana), долгоног снеговой (Macropodium nivale), волчник алтайский (Daphne altaica), стеллеропсис тарбагатайский, родиола розовая (Rhodiola rosea), сибирка алтайская (Sibiraea altaiensis), яблоня Сиверса (Malus sieversii), миндаль Ледебура (Amygdalus ledebouriana), астрагал кендырлыкский (Astragalus kendyrlyki), остролодочники иглистый и двулопастной (Oxytropis hystrix, O. biloba), парнолистник Потанина (Zygophyllum potaninii), мертензии тарбагатайская и Попова, мытник тарбагатайский (Pedicularis tarbagataica), рапонтикум сафлоровидный (Rhaponticum carthamoides), лилия кудреватая (Lilium martagon), рябчик бледноцветный (Fritillaria pallidiflora), тюльпаны одноцветковый и разнолепестный (Tulipa uniflora, T. heteropetala), лук многокорневой (Allium polyrhizum), дремлик болотный (Epipactis palustris).
Общее распространение растительного и животного мира в Тарбагатае соответствует законам вертикальной поясности. Пустынный пояс лежит на высоте до 500 м над ур. м. в низовьях рек Эмель и Катынсу, он включает песчаные и тугайные комплексы. Из птиц этому поясу свойственны серый и степной жаворонки, сизоворонка, золотистая щурка, южный соловей, широкохвостка, пустынная славка-завирушка, пустынный сорокопут, козодой, саджа, чернобрюхий рябок, дрофа-красотка и др. Из млекопитающих – ушастый еж, малая белозубка, корсак, среднеазиатский кабан, степная кошка, полуденная и тамарисковая песчанки, серый хомячок, заяц-толай, тушканчики – малый, большой, тарбаганчик и прыгун.
Пустынно-степной пояс занимает подгорные равнины на высотах 500–700 м над ур. м. на южном склоне. Растительный покров носит переходный характер от пустыни к горным степям и, в основном, представлен кустарниково-полынно-злаковыми степями с примесью разнотравья на южном склоне и полынно-типчаково-тырсовыми степями. В опустыненных горах Аркалы (1000 м над ур. м.) и Карабас (Бокты, 1273,8 м над ур. м.) сложился своеобразный комплекс фауны, основу которого составляют желчная и скальная овсянки, степной, двупятнистый и малый жаворонки, каменки – плешанка и плясунья, пестрый и синий каменные дрозды, розовый скворец, монгольский снегирь, краснокрылый чечевичник, галка, удод, степная пустельга, балобан, обыкновенный курганник, степной орел, беркут, змееяд, журавль-красавка, дрофа, огарь и др. В прилежащих к горам пустынных равнинах водится дрофа-красотка.
Степной пояс на южном склоне занимает мелкосопочные и пологоувалистые предгорья и особенно хорошо развит в восточной части, где поднимается до 1000–1200 м над ур. м. Здесь он представлен сочетанием кустарниково-ковыльных, кустарниково-типчаковых и кустарниково-разнотравно-ковыльных степей. Это полоса культурных земель; именно здесь расположены основные пашни и огороды. Большая часть территории (до 80%) в ХХ столетии была распахана и используется под посевы пшеницы, ячменя и подсолнечника. Здесь же сосредоточены основные населенные пункты. Из птиц наиболее характерны полевой жаворонок, полевой конек, коноплянка, желчная овсянка, перепел, серая куропатка и др.
Кустарниковый пояс (от 700–1200 до 1700–1800 м над ур. м.) занимает в основном крутой южный склон основного хребта, но в его центральной части спускается на полого-увалистые лессовые предгорья. Кустарниковые заросли на лессовых предгорьях представлены в основном миндальниками, выше они сочетаются с розариями, осиновыми лесками и яблочниками. На скалистых склонах часто можно видеть жимолости, таволги и красочное петрофильное разнотравье. В глубоких ущельях рек распространены густые заросли ив, тополя и осины, иногда с незначительной примесью березы, боярышника, черемухи, калины. В долинах рек преобладают разнотравно-злаковые луга. Основной фон населения птиц древесно-кустарниковых зарослей составляют южный соловей, большая синица, белая лазоревка, иволга, туркестанский жулан, обыкновенный ремез, обыкновенная чечевица, лесной конек, седоголовый щегол, ястребиная и серая славки, зеленая пеночка, сорока, черная ворона, черный дрозд, красноухая и белошапочная овсянки, большая горлица, тетерев, орел-карлик, черный коршун, чеглок, сплюшка, ушастая сова и др. По руслам речек гнездятся перевозчик, оляпка, горная трясогузка. В скалах и осыпях по степным и луговым склонам хребта живут степная и обыкновенная пустельги, мохноногий курганник, беркут, кеклик, ворон, горихвостка-чернушка, каменка-плешанка, скальная и городская ласточки, пестрый каменный дрозд.
Субальпийский пояс на южном склоне занимает пологие склоны и платообразный выровненный водораздел, местами с выходами скал и каменистыми склонами (от 1700–1800 до 2400 м над ур. м.). Здесь на выровненных участках водораздела наибольшее распространение имеют гераневые, манжетковые и крупнотравные разнотравно-злаковые, а выше – манжетковые и злаково-разнотравные красочные луга. На южных и юго-западных склонах – разнотравно-типчаковые, осоково-типчаковые, пырейные и овсецовые степи. По крутым склонам встречаются заросли можжевельников. Изредка здесь встречаются небольшими пятнами заросли кизильника. Характерными птицами являются полевой жаворонок, гималайский и сибирский вьюрки, черноголовый чекан, индийская пеночка, тусклая зарничка, чернозобый дрозд, деряба, варакушка, черный стриж.
Альпийский пояс (2400–3100 м над ур. м.) занимает в основном водораздельную часть хребта, большей частью выровненную, с каменистыми пустошами, но местами с крутыми склонами, осыпями, небольшими подпрудными озерками. Здесь преобладают, в основном, кобрезиевники, как чистые, так и в сочетании с другими видами – карликовыми ивами, птилагростисом монгольским и манжетками. Склоны южных экспозиций покрыты типчаковыми и пырейными степями; каменистые места занимают группировки с преобладанием мертензии тарбагатайской и лапчатки снежной, увлажненные – пятна лютика алтайского, осоки, гусиного лука, редко – небольшие болотца из пушиц, ситника и других высокогорных растений. Из птиц в обоих поясах обитают горный конек, рогатый жаворонок, клушица, альпийская галка, хрустан, тундряная куропатка, гималайский улар, встречаются беркут, черный гриф, кумай и бородач.