Инвентаризация флоры и фауны заповедника не завершена. На настоящее время на двух участках ГПЗ «Дагестанский» и прилегающих к ним территориях зарегистрировано 40 видов млекопитающих, более 250 видов птиц (из них более 140 гнездящихся), 21 вид пресмыкающихся, 4 вида земноводных, 70 видов и подвидов рыб, 1 вид круглоротых. Фауна беспозвоночных изучена слабо. Флора заповедника насчитывает около 450 видов высших растений.
Фауна беспозвоночных Сарыкума изучена слабо. Непосредственно на территории бархана (у его оснований) отмечено 148 видов жуков-долгоносиков и 141 вид жужелиц, но эти списки в ближайшие годы дополнятся большим числом новых видов.
Очень богата фауна чешуекрылых бархана и особенно прилегающих к нему аридных склонов хребта Нарат-Тюбе. По предварительным оценкам она насчитывает более тысячи видов дневных и ночных бабочек.
Из позвоночных животных, особенно на территории бархана, преобладают пресмыкающиеся и птицы.
В реке Шура-Озень обитает несколько видов рыб, в том числе усач, шемая, голавль. На нерест заходит в небольшом количестве кутум.
Из амфибий на самом бархане наиболее часто встречается зеленая жаба. На территории КОТР отмечены также озерная и малоазиатская лягушки, квакша.
Наиболее многочисленны мелкие пресмыкающиеся. Самые обычные из них - ушастая круглоголовка и быстрая ящурка. Первая водится на незакрепленном песке склонов бархана, вторая - преимущественно у его подножия, где песок несколько закреплен растениями. У подножия бархана можно встретить также, полосатую ящерицу, западного удавчика, оливкового и желтобрюхого полозов, обыкновенного и водяного ужей.
На каменистых склонах Нарат-Тюбе обычна кавказская агама.
Из редких и исчезающих видов рептилий в пределах КОТР встречаются средиземноморская черепаха, гюрза, ошейниковый эйренис и др.
Орнитофауна Сарыкума и северных склонов Нарат-Тюбе насчитывает по современным данным … видов, среди которых очень много птиц, занесенных в Красную книгу России (черный аист, змееяд, курганник, европейский тювик, белоголовый сип, черный гриф, степная пустельга, филин и др.).
Кроме того, бархан Сарыкум и особенно его окрестности – это, по сути, единственная заповедная территория России, где под охраной находятся такие краеареальные и малоизученные виды птиц, как красноголовый сорокопут, синий каменный дрозд, испанская каменка, короткопалый воробей. Комплекс млекопитающих ключевой орнитологической территории не богат, но весьма оригинален. Из летучих мышей встречаются …
Характерны ушастый и белогрудый ежи, мохноногий тушканчик, песчанки, обыкновенная и водяная полевки, заяц-русак, волк, шакал, лисица. На плакорах по основаниям северных склонов Нарат-Тюбе встречаются небольшие колонии малого суслика.