Фауна млекопитающих заповедника насчитывает 59 видов, птиц – 232 вида, рептилий - 9 видов, амфибий - 7 видов, рыб - 7 видов, насекомых – 2218 видов.
Среди представителей флоры и фауны заповедника много видов, относящихся к категории редких и исчезающих. Из общего числа растений, произрастающих на территории заповедника, 22 вида занесены в Красную книгу Российской Федерации. Из 148 видов покрытосеменных растений, занесенных в региональную Красную книгу (Постановление правительства Оренбургской области, 2014), 71 вид встречается на территории заповедника. Из общего числа животных, обитающих в заповеднике, 75 видов занесены в Красные книги России и Оренбургской области: млекопитающие – 3 вида, птицы – 48 видов, рептилии – 3 вида, насекомые – 18 видов.
Из глобально редких, исчезающих видов животных Европы, внесенных в Красный список Международного союза охраны природы (IUCN), на территории заповедника зарегистрировано 3 вида млекопитающих - европейская норка, сайга, лошадь Пржевальского; 11 видов птиц - крас-ношейная поганка, кудрявый пеликан, краснозобая казарка, пискулька, степной орел, большой подорлик, могильник, балобан, дрофа, кречетка, обыкновенная горлица; 5 видов насекомых - степная дыбка, севчук Сервилля, травянка евразийская, муравей Христофа, муравей Рузского.
Государственный природный заповедник «Оренбургский» учрежден Советом Министров РСФСР 12 мая 1989 года. С 1974 г. начались полевые сезоны по поиску и изучению сохранившихся степных участков Оренбургской области. Пятнадцать лет ушло на то, чтобы был создан степной заповедник кластерного типа, состоящий из 4 участков. Первые шаги по изучению перспектив создания степного заповедника в Оренбургской области были сделаны под руководством А.С.Хоментовского. Он, будучи геологом, прекрасно знал флору и фауну степей и горел желанием найти и сохранить последние островки выживания дикой степной природы.
Деятельное участие в обосновании необходимости создания заповедника приняли ботаники, зоологи и географы Оренбургского госпединститута. Важна была поддержка ведущих ученых-ботаников Уральского научного центра АН СССР П.Л. Горчаковского и С. А. Мамаева. Большой вклад в организацию заповедника внесли сотрудники Института степи Уральского отделения Российской академии наук. Организатором и директором института был назначен А. А. Чибилёв. Значительное место в деятельности лабораторий института занимали проектно-изыскательские работы. Важной вехой явилось проектирование (1987–1988) и организация (1989) первого в России государственного степного заповедника «Оренбургский».