Наурзумский государственный природный был открыт Постановлением Совета Народных Комиссаров РСФСР № 826 от 30 июня 1931 года. В 1951 году заповедник был закрыт, но вновь восстановлен в 1966 году. Целью функционирования заповедника является сохранение в естественном состоянии типичных, редких и уникальных природных комплексов, животного и растительного мира степной зоны Северного Казахстана, их мониторинг и изучение.

Растительный мир заповедника включает 687 видов высших растений, что исключительно много для степной зоны. Сосновые леса Наурзумского бора являются реликтовыми, так как они сохранились в малоизменённом виде с третичного или начала четвертичного периода. Среди них 5 видов эндемиков, распространённых в Арало-Каспийском и Верхне-Тобольском флористических районах, а также 5 видов реликтовых. Во флоре наблюдается присутствие элементов как северной бореальной, так и южной флоры. Найдены виды из древних элементов болотно-лесной флоры, бореальные виды, редкие для Северного Казахстана, а так же ряд плиоценовых видов. Два вида характерны для южных тугайных лесов: лох остроплодный и ломонос восточный. На южной границе ареала находятся: маттеукция страусоперовая, можжевельник обыкновенный, смородина каменная, астра альпийская, астра алтайская. К диким сородичам культурных растений относится 44 вида, в том числе 6 редких для этого региона. В Красную книгу Казахстана входит 5 видов: берёза киргизская, росянка круглолистная, наголоватка мугоджарская, тюльпан Шренка, тонконог жёстколистый. Всего особой охраны требуют 125 видов или 18 % флоры.

Фауна заповедника очень разнообразна и не изучена в полной мере до настоящего времени. Наиболее богата орнитофауна. В составе орнитофауны 282 вида, в том числе 158 гнездящиеся. В зональных степях наиболее типичны полевой и белокрылый жаворонки, чёрный жаворонок, полевой конёк, обыкновенная каменка, стрепет, степной лунь, кречетка, журавль-красавка, степной орёл. Для увлажненных участков вблизи озерных котловин, соров и в западинах с луговой растительностью и зарослями степных кустарников типичны жёлтая трясогузка, черноголовый чекан, бормотушка, сорокопут жулан, перепел, серая куропатка, луговой лунь, большой кроншнеп. На лесных участках обитают тетерев, большой пёстрый дятел, иволга, вяхирь, обыкновенная горлица, большая синица, лазоревка белая, обыкновенная горихвостка, лесной конёк, чёрный стриж и другие. Очень широко представлен отряд хищных (28 видов), из них 18 гнездится: орлы — беркут, могильник и степной; луни — степной, луговой и болотный; соколы — балобан, чеглок, дербник, обыкновенная и степная пустельги и кобчик; орлан-белохвост, обыкновенный канюк, курганник, чёрный коршун, ястребы — перепелятник и тетеревятник. Из 44 видов млекопитающих, зарегистрированных в заповеднике, постоянно обитают 42 вида. По числу видов млекопитающие представляют 24,7 % от всей териофауны Казахстана. Фауна рыб включает 10 видов.

В 2008 году Наурзумский и Коргалжынский заповедники в составе объекта "Сарыарка — Степи и озёра Северного Казахстана" были включены в список Всемирного наследия ЮНЕСКО.