Степные, озерно-степные, водно-болотные и лесные ландшафты на юго-востоке Забайкалья. Заповедник состоит из степных озер Барун-Торей и Зун-Торей и нескольких изолированных озерных и степных участков общей площадью 45 790 га. Заповедные участки окружены охранной зоной площадью 163 530 га. Участков — 9.
Климат резко континентальный, с холодной морозной, малоснежной зимой и жарким сухим летом с большим суточным перепадом температур.
Продолжительность вегетационного периода 120-150 дней, вероятность заморозков сохраняется еще в первой декаде июня, а заморозки на почве, связанные с осенним похолоданием, могут быть уже во второй половине августа.
В фауне заповедника 4 вида рыб, 3 вида амфибий, 3 вида пресмыкающихся, 314 видов птиц и 47 видов млекопитающих. На территории заповедника гнездятся три вида журавлей — даурский, серый и красавка. Список сосудистых растений заповедника в настоящее время насчитывает 360 видов. Заповедник сохраняет более 20 видов растений, внесённых в Красную книгу — ирис тигровый, спаржа коротколистная, трехбородник китайский и другие.
Заповедник подчинен Министерству природных ресурсов РФ. C 1997-го года входит в число биосферных резервов ЮНЕСКО.
