Причём под охраной Красной книги находятся 11 видов птиц: фламинго, балобан, сапсан, стервятник, степной орёл, беркут, филин, джек, змееяд, чернобрюхий рябок, каравайка; 9 видов млекопитающих: устюртский муфлон, джейран, каракал, манул, перевязка, барханный кот, медоед, белобрюхий стрелоух, гепард; 1 вид пресмыкающихся: четырёхполосый полоз.
К краснокнижным представителям беспозвоночных можно отнести следующих обитателей заповедника: боливарию короткокрылую, бабочек - медведицу красноточечную, махаона, кузнечиков - дыбку степную и темнокрылую, перепончатокрылых - рофитоидеса серого и сколию степную, ктыря гигантского и др.
К типичным обитателям заповедника относятся следующие пернатые: жаворонки (серый и малый), каменки (пустынная, плясунья и плешанка), джек (вихляй, или дрофа-красотка), грифы, сипы, стервятники, змееяды, курганники, сыч, кеклики и сизые голуби, каменные воробьи, плешанки и чёрные стрижи, 3 вида бормотушек (малая, большая и бледная), серый сорокопут, желчная овсянка, буланный вьюрок, пустынная славка, тугайный соловей, скотоцерка и другие.
Млекопитающих представляют туранские виды (пегий путорак, гребенщиковая песчанка, тушканчик Северцова и малый тушканчик), южные пустынные виды (заяц-песчаник), ирано-афганские виды (длинноиглый ёж и краснохвостая песчанка) и другие. В общей сложности на Устюрта зарегистрировано 44 вида млекопитающих,из них 17 видов грызунов, 1 вид зайцеобразных, 12 -хищных, 3 - парнокопытных, 5 - насекомоядных, 6 - рукокрылых. Грызунов представляют тушканчики, песчанки и суслики.
Хищные звери в первую очередь представлены гепардом. Эта огромная кошка имеет невтяжные когти, маленькую голову, манеру бегать галопом, развивая при этом скорость до 90 км/час.
Сегодня гепард считается эндемиком афро-азиатских пустынь, он на грани исчезновения. За 1947-1964 гг. на Мангышлаке и Устюрте по некоторым данным добыто 16 гепардов. В новейшем издании "Млекопитающие Казахстана" (1982) предположили, что гепард уже полностью исчез.
Ещё одним представителем кошачьих на территории заповедника является краснокнижный вид - каракал. Он немного похож на рысь. Его излюбленные места обитания: бугристые закреплённые пески, часто встречается и на чинках Устюрта. Охотится каракал в основном на зайцев, грызунов и некоторых птиц. И это не последний представитель кошачьих в пределах заповедника, также здесь нашли свой дом пятнистая кошка, барханный кот и манул. Среди обитателей Устюрта числятся волк, лиса и корсак, шакал, ласка и степной хорь, барсук, медоед, сайгак, джейран, устюртский муфлон или туркменский баран.
В пределах Устюртского заповедника довольно много археологических памятников. Один из них - дорога хорезм-шахов, представляет собой старинные караванные пути через плато, соединявшие Хиву с низовьями Эмбы и Волги. На этих путях находится древний город Шахр-и-Вазир, караван-сарай Белеули и крепость Аллан.
Также в разных участках плато можно найти старинные кладбища, где ещё сохранились величественные мавзолеи-мазары, многие из которых до сих пор не исследованы. Также к достопримечательностям заповедника нельзя не отнести около 60 неолитических стоянок, большая часть которых расикнулась в западном и юго-западном чинках (район Маната и окрестностей впадины Карынжарык).