Кызылкумский государственный заповедник находится в двух административных районах и двух областях Республики Узбекистан – в Бухарской и Хорезмской. Территория заповедника расположена в прибрежной части реки Амударьи и протянулась с северо-запада на юго-восток на расстояние 30 км, с востока на запад она охватывает прибрежную полосу в 3 км. Общая площадь заповедника - 10311 га, из них 1467 га находятся в Ромитанском районе Бухарской области и 8844 га - в Харазаспском районе Хорезмской области.

Кызылкумский заповедник представляет уникальную территорию сочетания тугайного пойменного леса, расположенного в среднем течении Амударьи, и участков типичной песчаной пустыни.

Климат заповедника отличается большой сухостью воздуха резкими колебаниями температур малым количеством осадков высокими летними температурами и сравнительно низкими зимними, большим испарением, редкой облачностью, продолжительным жарким летом с сильными иссушающими ветрами.

Пойма Амударьи в районе расположения Кызылкумского заповедника представлена большим количеством различных по площади островов, образуемых многочисленными руслами и протоками реки. Река Амударья – это главная водная магистраль и основной водоисточник для всей Туранской равнины. Мощность ее водотока в среднем составляет 2500 м /сек. Основной паводок Амударьи приурочен к лету. Так, по наблюдениям у г. Нукуса в июле проходит 3400 м /сек, или 18,6 % годового стока. Амударья является рекой ледниково-снегового питания. Основная масса ее стока представлена талыми снеговыми водами. Начало подъема уровня воды начинается в марте. В период летних паводков воды Амударьи выходят из берегов основного русла и образуют громадные разливы, сопровождающиеся формированием множества новых протоков и озер. Вода в Амударье чрезвычайно мутная. Количество взвешенных частиц в среднем составляет 2,55 кг/м. Ширина русла в пределах заповедника составляет 500-600 м.

В Кызылкумском заповеднике произрастает более 148 видов высших сосудистых растений, относящихся к 46 семействам и 110 родам. Нужно заметить, что 40 из отмеченных видов являются эндемиками Средней Азии. На территории заповедника произрастает 11 видов декоративных растений, 28 лекарственных, 25 медоносных, 39 кормовых, 2 вида дубильных, 4 вида ядовитых, 4 вида пищевых и 3 вида технических растений. Два вида растений (тюльпан Согдийский и эремурус Королькова) занесены в Красную книгу Республики Узбекистан.

Фауна заповедника довольно разнообразна, потому как сочетание реки, тугайного леса и пустыни создает благоприятные условия для обитания как водных и околоводных видов. В заповеднике отмечено 27 видов рыб, характерных для Амударьи, среди них несколько видов, включенных как в Красную книгу Республики Узбекистан, так и в Международный Красный лист МСОП. Это большой и малый амударьинский лжелопатоносы, туркестанский и аральский усач, аральский шип, некоторые другие. Здесь водится 29 видов рептилий. Из змей – гюрза, песчаная эфа, разноцветный, пятнистый и поперечнополосатый полозы, водяной уж, стрела-змея. Из ящериц – серый варан, ушастая, песчаная, такырная и пятнистая круглоголовки, степная агама, серый варан, песчаная, линейчатая, полосатая и другие ящурки, гекконы и другие. В заповеднике часто встречается среднеазиатская сухопутная черепаха.

Фауна птиц разнообразна, хотя основу ее составляют преимущественно перелетные птицы, так как гнездящиеся и оседлые представлены сравнительно небольшим числом видов, обитающих в границах тугайного леса и в песчаной пустыне. В разные сезоны в заповеднике отмечено 267 видов. Среди оседлых видов распространены белокрылый дятел, хивинский фазан, серая или бухарская синица, вездесущая сорока, саксаульная сойка, кольчатая и малая горлицы, пустынный ворон, беркут, балобан. Гнездящиеся виды представлены довльно большим числом камышевок, пеночек, сверчков, славок, горихвосток, соловьев, поселяющихся под пологом тугайного леса. Здесь же встречается редкий бурый голубь, гнездится обыкновенная горлица, чеглок и ястребы, обыкновенная пустельга, болотный лунь, малый зуек, перевозчик. На участках пустыни поселяются дрофа-красотка, чернобрюхий и белобрюхий рябки, толстоклювый зуек, пустынная славка, завирушки. Среди пролетных видо особо следует отметить пеликанов, черного аиста, малого баклана, орланов белохвоста и долгохвоста, степного орла и многих других.

Млекопитающие представлены 35 видами. Среди них особое место занимает бухарский олень, реакклиматизация которого в заповеднике прошла успешно, и в настоящее время вид этот является ярким представителем тугайных экосистем. Среди других видов нужно отметить кабана и шакала, которые успешно восстановили численность после создания заповедника и в настоящее время являются обычными видами. Здесь же встречаются 3 вида диких кошек: степной кот, барханный кот и хаос или камышовый кот. Имеются свидетельства о встречах каракала. Зимой на территорию заповедника заходят волки. На участках пустыни обычна лиса-караганка, заяц-толай, перевязка, барсук, степной хорь. Также здесь многочисленны песчанки – большая, полуденная, тамариксовая, тонкопалый суслик. На территории заповедника обычен ушастый еж. Среди других копытных нужно отметить джейрана. Также в период зимних кочевок сюда доходили и сайгаки.