Az elszigetelt hegyvidék szubarktikus és arktikus ökológiai rendszere – tajga, erdős tundra, tundra, arktikus puszták (tundra sztyepp), a hegyi tavak és -folyók rendszere – itt változatlan formában maradt fenn. Az élővilág jellegét a földrajzi helyzet mellett az éghajlat és a domborzat határozza meg, és jól érvényesül a növényzet függőleges övezetessége.

Az alacsonyabban fekvő területek természetes növénytakarója a tűlevelű erdő, a tajga; északon az erdős tundra. A csapadékos nyugati lejtők örökzöld fenyőféléit keletebbre mindenütt felváltja és uralkodóvá válik az ún. északi- vagy világos-tajga, melynek fő erdőalkotói a hideget jól tűrő vörösfenyők: a szibériai vörösfenyő (Larix sibirica) és a dauriai vörösfenyő (Larix gmelinii), ezek gyakran nyírrel keverednek. A tajga délen 500–600 m, északon csak 300–350 m magasságig hatol fel, innen vegyes ritkaerdőkbe, hegyi bokros-tundrába megy át. 800–900 m-től a hegyi zuzmós-, illetve mohos-tundrán már csak virágtalan növények élnek, a tetőkön pedig köves-tundra az uralkodó.

A zord természeti feltételek (hosszú hideg tél, hegyes vidék) ellenére az emlősök fajgazdagsága meglepően nagy. A védett területen és környezetében 34 féle emlősállatot jegyeztek fel, 80%-uk ragadozó, rovarevő és rágcsáló. Itt vonulnak és telelnek át a vadon élő rénszarvasok hatalmas csordái. A tajmiri rénszarvas populációja több százezer egyedből áll, csordáikat a nyomukban járófarkasok ritkítják, megakadályozva ezzel túlszaporodásukat. Az itteni farkasok zsákmányállata egy másik ragadozó is: a hiúz. A Putorana állatvilágának egyik jellemzője a ragadozók nagy száma, általánosan elterjedt a barna medve és a rozsomák.

Gyakori a hermelin, az alacsonyabb területek erdeiben pedig a jávorszarvas. Ez a vidék az egyetlen élőhelye a putoranai havasi- vagy szibériai juhnak (Ovis nivicola borealis), mely mintegy 15 ezer évvel ezelőtt szakadt el fő populációjától és ma már külön alfajt képvisel.

A természetvédelmi területen közel 140 madárfajt tartanak nyilván. Többségük itt is fészkel, köztük két ritka ragadozómadár, a fehérfarkú rétisas (Haliaetus albicilla) és az északi sólyom (Falco rusticolus). Az oroszországi Vörös Könyvben szintén szereplő kis lilik (Anser erythropus) különösen nagy számban található a területen. A rengeteg kisebb-nagyobb tó kitűnő pihenőhelyül szolgál a sokféle költözőmadár számára.

A védett terület és védőzónája folyó- és állóvizeiben 13 családba tartozó mintegy 40 féle halfajt és -alfajt figyeltek meg; köztük számos még kevéssé ismert endémikust, a lazacfélék közül például:

• Salvelinus taimyricus, Salvelinus boganidae
• Coregonus muksun, Coregonus lavaretus pidschian (szibériai maréna)
• Thymallus arcticus (szibériai vagy sarki pér)