A két sziget és a környező vízterület egész sor ritka és fokozottan védett állat- és madárfajnak ad otthont.

Az emlősök közül állandó szigetlakó a sarki róka és egy kis rágcsáló, a lemming; valamint az 1950-es évek elején betelepített rénszarvas és az Arktisz igen ritka, legnagyobb patás állata, az 1975-ben Amerikából betelepítettpézsmatulok (Ovibos moschatus). Ősszel a környező jégtáblákról csapatostul érkeznek a vemhes jegesmedvék, hogy a tél folyamán világra hozzák bocsaikat. Még a kis Herald-szigeten is mintegy 100 szülő barlangjukat számolták össze. A szigeteket a jegesmedvék legnagyobb sarkvidéki "szülőotthonának" nevezik.

Nyár végén a jégmentes partokat rozmárok tízezrei lepik el, legnagyobb pihenőhelyeik a Vrangel-szigeten a délnyugati Blosszom-fok, a Herald-szigeten a Dmitrijev-fok. Itt van a csendes-óceáni térség legnagyobb rozmár-populációja. A part menti vizekben sok a fóka, köztük több ritka faj, például a csíkos fóka.

Nyaranta a környező vizeken tartózkodnak a szürke bálnák (Eschrichtius gibbosus), melyek Kalifornia és Mexikópartjainál telelnek, és a belugák (Delphinapterus leucas), de gyakran erre vetődnek más bálnafajok is, köztük a ritka grönlandi bálnák.

A madárvilág a sarki viszonyokhoz képest igen gazdagság jellemzi. A 169 feljegyzett madárfaj szinte mindegyike költöző madár, 62 faj itt is fészkel. A meredekebb keleti és nyugati partokon találhatók a Csukcs-tenger legnagyobb madárkolóniái, és ez a legészakibb fészekrakó helye sokféle költöző madárnak, köztük olyan veszélyeztetett fajokénak is, mint az északi kerecsensólyom és a vándorsólyom. A szigetek állandó lakója az északi sarkvidék ismert ragadozója, a hóbagoly(Bubo scandiaca), melynek fő tápláléka a lemming.

A természetvédelmi terület létesítésének egyik fő oka egy fokozottan védett vadlúdfaj, az itt fészkelő sarki lúd (Anser caerulescens) volt. Kedvelt helyei az itteni védett folyóvölgyek, legnagyobb kolóniájuk akár több százezer egyedből is állhat. A sarki vadlúdnak ez az egyetlen jelentős populációja egész Ázsiában.

A Vrangel-sziget déli partján 3400 éves neolitikus település nyomait fedezték fel. A maradványok között gyapjas mamut és törpe gyapjas mamut (Mammuthus primigenius vrangeliensis) csontjait, agyarait találták. Ezek a mamutok 7000 – 3700 évvel ezelőtt éltek a szigeten, azaz kihalásuk korábban ismert időpontjánál 6000 évvel később.