Tổng diện tích 19 km², trong đó 18 km² là vùng đệm.[2] Khu bảo tồn này là vùng sinh thái ngập nước.[1] Phần lõi bên trong chiếm diện tích 100 ha (1 km²),[1][2] trong đó 40 ha là rừng tràm nguyên sinh và 40 ha mặt nước, vùng đệm là rừng tràm.[1][3]

Nơi đây có 156 loài thực vật, 147 loài chim, 34 loài cá, 8 loài lưỡng thê, 30 loài côn trùng. Trong đó có các loài quý hiếm: cò ốc, cổ rắn (điên điển), già đẩy, quắm đen, diệc xám, diệc lửa, cò ngà, dang sen,...[2][3] trong đó nhiều loài đang trong tình trạng nguy cấp, nằm trong Sách đỏ Việt Nam.

Khu bảo tồn sinh thái Đồng Tháp Mười cũng đã cho sinh sản và ấp nở thành công trong môi trường nuôi nhốt nhiều loài động vật: rùa núi vàng, cần đước, nhím, heo rừng, cá sấu,...[8]