Divisée en deux parties, la zone protégée couvre une superficie totale de 53 117 km², ce qui en fait l'une des plus grandes réserves naturelles au monde. Elle comprend des régions désertiques, mais également des parties montagneuses, puisqu'une des portions de la zone protégée se trouve sur les contreforts de l'Altaï. Le désert est essentiellement constitué de cailloux et rocailles, et ondule au rythme de petites chaînes montagneuses très espacées. Les pentes de ce relief sont recouvertes de forêts de saxaouls, qui parviennent à limiter le mouvement du sol, et donc à lutter contre la désertification de zones plus vastes encore. La zone protégée abrite quelques animaux dont certaines espèces sont très rares. L'ours du Gobi est ainsi le seul ours au monde à vivre dans le désert. Son habitat de prédilection se situe aux abords des oasis, comme celles d'Ekhiin Gol, Tsagaan Burgas, Shar Khuls et Tallin Meltes. Malheureusement, il ne reste peut-être que 22 ours du Gobi, ils sont donc très difficiles à observer. Dans sa partie méridionale, le désert de Gobi abrite quelques chameaux sauvages, mais aussi des chats sauvages, des antilopes saïga, des ibex de Sibérie, des gazelles à queue noire, des chiens sauvages asiatiques, des léopards des neiges, des coqs des neiges... Quelques chevaux de Takhi (ou de Przewalski) ont également été réintroduits au nord du parc, dans une zone spécialement désignée : le Takhin Tal. Les chevaux sauvages étaient autrefois très nombreux dans cette région.