Заповедник расположен в Поронайском районе Сахалинской области и состоит из двух участков - Невского и Владимирского. Территория заповедника включает в себя ряд типичных природных образований и ландшафтов, характерных для среднего Сахалина и побережья Охотского моря. В заповеднике охраняются районы массового пролета мигрирующих птиц и обитают животные, включенные в Красную книгу.
Заповедник привлекает разнообразием животного и растительного мира. Леса представлены горной елово-пихтовой тайгой из саянской ели и сахалинской пихты, лиственницы, криволесья каменной березы и березы Эрмана, зарослями кедрового стланика, сменяющихся горной тундрой и океаническими лугами.
Животный мир природного заповедника «Поронайский» типичен для данной зоны. Это северный олень, бурый медведь, соболь, выдра. На скалах гнездятся морские колониальные птицы: тонкоклювая кайра, чернохвостая чайка, очковый чистик, большая и малая конюги, белобрюшка. Особенно интересен мыс Терпения, где расположен крупный птичий базар: там гнездятся алеутская крачка, сахалинская кабарга, мандаринка, орлан-белохвост, белоплечий орлан, сапсан, скопа, дикуша. Все эти виды занесены в Красную книгу России. Еще на территории заповедника можно наблюдать лежбища тюленей и морских котиков.