温泉县生物资源丰富多样,相当部分物种占绝对优势。林草覆盖率为61%,现有林地总面积95.42万亩、草地总面积606.17万亩。因位于西伯利亚、中亚、蒙古的交汇地带,植物种类与中亚、西亚交流相对较多,因而过渡性明显,是多种珍稀野生植物的集中分布区,具有极高的保护价值,成为我国生物多样性的一个重要组成部分。有各种高等植物1676种,占全疆已知高等植物总数量的51%,中草药有贝母、秦艽、紫草、麻黄、大力子,党参、大黄、龙胆、地榆、白头翁、黄芪、乌头、薄荷、芦根、甘草、白蒺藜、紫苏、车前、黄花地木丁等。有脊椎动物283种,昆虫420种,大型真菌143种,蝶类122种。其中,国家Ⅰ级保护哺乳动物2种,即北山羊、雪豹,国家Ⅱ级保护哺乳动物9种;国家Ⅰ级保护鸟类6种;国家Ⅱ级保护鸟类27种。素有“活化石”之称的孑遗物种——新疆北鲵栖息在县域境内,1998年新疆北鲵被列入中国濒危动物红皮书,濒危等级为“极危”,1997年自治区批准在温泉县苏鲁别珍建立“温泉新疆北鲵自然保护区”,2015年通过国家级自然保护区评审,2017年经国务院办公厅批准为国家级自然保护区。