植物种类和群落类型十分丰富，生物量很大。初步统计共有植物64科168属238种。从故道浅水区到沿岸洲滩逐渐向高处分布，有湖泊植被的沉水植物，如黄丝草、菹草、眼子菜、苦草、黑藻、茨藻、聚草等；浮水植物如菱、芡实、荇菜、浮萍等；挺水植物如茭白、荻、芦苇等，及沼泽植被的丰富草类，如苔草、蓼、水灯心、稗草、狗牙根和多种豆科植物，其中以芦苇和荻群落所占面积最广。此外，保护区内还有数片次生的旱柳灌丛，也是麋鹿觅食和隐蔽的地段。尚需提及的是保护区内由人工种植的意杨 (Populus nigravaritalica) 林，这是从国外引进的速生经济树种，其生长将对湿地生态系统产生不利影响，密密的树林并不适宜麋鹿栖息。计划在它成熟砍伐后不再保留，仍然恢复荻+芦苇的湿地群落。
保护区的脊椎动物种类以鸟类最为丰富，据初步调查共有鸟类14目28科45属60种。其中繁殖鸟类共11目22科32种；冬候鸟共7目10科28种。按生态类群划分游禽19种，涉禽13种，洲滩芦苇地带栖息活动的鸟类5种，水域鸟类共37种，约占总数的62%。保护区鸟类中有国家重点保护鸟类11种，其中一级保护3种（白鹳、黑鹳、大鸨），二级保护8种。
保护区的兽类由于受人为活动影响种类较为贫乏，大型兽类消失殆尽，仅剩下不多的中、小型兽类，其中以啮齿动物数量较多。两栖类共有1目3科5种。它们捕食大量有害昆虫，对维持生态系统的平衡有重要作用。爬行类共有2目6科12种，其中鳖、龟、红点锦蛇、乌梢蛇、滑鼠蛇、虎斑游蛇等都是与湿地环境密切相关的种类。据中科院水生所统计天鹅洲故道水域中有鱼类7目11科29种。
保护区所在地的长江和湿地中，原分布有许多著名的水生湿地珍稀濒危动物，如白鳍豚（一级）、江豚（二级）、麋鹿（一级）、獐（二级）、扬子鳄（二级）等，它们或者已被重引进，如麋鹿、江豚（天鹅洲故道白鳍豚保护区）等，或者计划在将来重引进，如獐、扬子鳄等。