其生物多样性十分丰富，以内陆淡水湿地生态系统和国家I、II级鸟类为主要保护对象。

　　区内有植物370种，昆虫194种，鱼类26种，两栖爬行类17种，鸟类296种，兽类17种，浮游植物201种，浮游动物174种，底栖动物23种。在众多的野生动植物中，尤为突出的是鸟类资源，国家Ⅰ级重点保护的有丹顶鹤、白鹤、黑鹳、东方白鹳、大鸨、金雕、白肩雕7种，国家Ⅱ级重点保护的鸟类有大天鹅、小天鹅、灰鹤等44种。每年在这里营巢繁殖的夏候鸟有数十万只，以须浮鸥、黑翅长脚鹬等为主，越冬的灰鹤有3000多只，雁类上万只，遮天蔽日的灰椋鸟更形成了一道蔚为壮观的风景线。

　　衡水湖自然保护区不仅生物多样性丰富、自然风光优美，而且文化底蕴丰厚。位于衡水湖南岸的冀州古城建于汉高祖六年，史有“天下分九州，冀州为首”之称。汉城墙、明城墙、众多汉古墓、石碑、李三娘石磨及竹林寺飞升上天的许多传说再现了衡水湖历史。