Биосферный резерват находится на западном макросклоне Южного Урала в пределах горно-лесной зоны Республики Башкортостан. Восточная часть резервата находится на стыке двух крупных лесных биомов – широколиственных липово-кленово-дубовых лесов европейского типа и светлохвойных и мелколиственных гемибореальных травяных лесов сибирского типа. Лесистость территории составляет около 90%. Практически не затронуты антропогенными изменениями горные леса долин рек и горные степи.Здесь широкое разнообразие ландшафтов – ущелья горных речек, сырты с платообразными вершинами, хребты с крутыми склонами, поймы и водохранилища. В истории исследования каменноугольных отложений в XX веке был выделен Башкирский ярус, который вошел в Общую стратиграфическую шкалу каменноугольной системы мира. На территории биосферного резервата широко распространены различные естественные геологические разрезы Башкирского яруса, которые представляют большую ценность в геологическом и геоморфологическом отношении.

Особенностью резервата является то, что на его территории широко развиты карстовые процессы. Известно 166 пещер, ряд из них являются уникальными в мировом масштабе: пещера «Шульган-Таш» (Каповая), Новомурадымовская пещера, самый большой провал в Европе – Сумган. Помимо подземных форм развиты поверхностные формы карста – воронки, поноры, мосты, каньоны, останцы, провальные озера.

Слабое антропогенное влияние, разнообразие форм рельефа, сложная история формирования растительности в плейстоцене и голоцене и стык двух крупных лесных биомов, в результате которого наблюдается взаимопроникновение флористических и фаунистических комплексов Европы и Сибири, являются основными причинами чрезвычайно высокого биологического разнообразия.

В настоящее время в биосферном резервате «Башкирский Урал» зарегистрировано более 2560 растительных организмов. Флора характеризуется богатством эндемичных видов (34 вида), что говорит о ее большой самобытности. Здесь произрастает 70 редких видов сосудистых растений, включенных в Красные книги различного ранга.

На территории резервата выявлено 2662 вида животных, в том числе в Красную книгу Республики Башкортостан занесено 76 видов, в Красную книгу Российской Федерации – 36 видов. В биосферный резерват входят две ключевые орнитологические территории Европейского значения «Бельско-Нугушское междуречье» и «Урюк».

Здесь охраняется генофонд бурзянской бортевой пчелы и восстанавливается уникальный народный промысел башкир – бортничество. Бурзянская бортевая пчела появилась на Южном Урале в послеледниковое время, когда, заселяя наступающие леса, она адаптировались к резко континентальным природно-климатическим условиям Уральского региона. На территории резервата можно видеть все ступени развития пчеловодного промысла от примитивного бортничества до современного пасечного пчеловодства. Башкирский мед, добываемый бурзянской бортевой пчелой, на сегодняшний день признан лучшим в мире по вкусовым качествам и набору микроэлементов.

На территории биосферного резервата представлены уникальные археологические находки мирового значения и культурно-исторические традиции башкирского народа. Их наиболее ярким проявлением является космогоническая мифология, сохранившаяся в преданиях, мифологическом цикле эпосов и архаических обрядах. Ядром этого комплекса является культ пещеры Шульган-Таш (Каповой), сохранившийся со времён каменного века по настоящее время. В четырёх залах пещеры зафиксировано около 190 изображений, выполненных охрой, углем, гравировкой, возраст которых составляет 15-16 тыс. лет. Кроме Каповой пещеры, имеется еще ряд пещер, где были обнаружены рисунки древнего человека и археологические артефакты.