백두산과 그 일대에 설정된 자연보호구이다. 이 보호구에는 47과 162속 262종 64변종 4품종의 330여 가지 식물이 자라고 있으며, 범·사슴·노루 등 50여 종의 산짐승을 비롯, 137종의 조류와 파충류, 양서류, 물고기 등 1,100여 종의 동물이 살고 있다.
백두산의 식물분포를 보면, 식물은 높은 곳으로 올라가면서 키나무숲대, 떨기나무대, 풀판대, 지의대의 차례로 퍼져 있다. 삼지연 가까이에서 신무성에 이르는 높이 1,600m 아래의 지역에는 이깔나무·분비나무·가문비나무 등 바늘잎나무들과 붓나무·사시나무·달피나무 등 넓은잎나무들이 섞인 키나무숲이 밀림을 이루고 있다.
그 아래에는 물싸리나무·매저지나무·백산차·월귤나무·까치밥나무 등과 같은 떨기나무와 여러 가지 초본식물이 자라고 있다. 신무성에서 높이 2,000m 가까운 무두봉으로 가는 길에는 좀이깔나무·가문비나무·분비나무 등이 바늘잎나무숲을 이루고 있다. 그 밑에는 물싸리나무·뼈꾸기선괭이밥풀·바람꽃 등 떨기나무와 초본식물이 많이 자란다.
무두봉 가까이에서 자라는 키 큰 나무는 좀이깔나무이다. 백두산 마루 아래에는 높은 산풀판대가 넓게 펼쳐져 있어서 만병초를 비롯하여 두메국화·비도룡담·담다리참꽃·두메아편꽃·자주꽃방망이 등이 있다. 백두산 기슭의 밀림 속에는 왕대창과 족두리풀·단너삼 등 약초, 무수애·고사리·도라지·더덕 등 산나물이 있다.
그 밖에 향기가 백 리에 미친다는 백리향과 백산차·곱향나무 등 여러 가지 향료 식물들이 있다. 천지호반의 면적(10.65㎢)에서 식물부피구역은 53.9%(5.74㎢)를 차지하며 천지호반에는 35과에 126종의 식물이 퍼져 있다. 그 중 나무식물은 가문비나무·이깔나무·병초·쭉나무 등 20종이고, 풀식물은 백두금매화·메아편꽃·들레·산봄맞이 등 101종, 이끼류 5종 등이다.
또한 백두산 일대에는 범·사슴·은돈·달·루·향노루 등 약 50종의 짐승과 알락딱따구리·꿩·엉이·닭·따구리·두산긴꼬리올빼미·파람새 등 138종의 새가 있으며, 산림한계선을 지나 장군봉에까지 오르내리는 홍모시범나비를 비롯하여 갖가지의 나비가 있다.
백두산 꼭대기에는 큰 동물은 없고 이따금 고산제비들이 날아다닌다. 이 일대의 물줄기들에는 산천어·목어 등 찬 물을 좋아하는 물고기들이 있다. 천지호반의 동물은 바람토끼·토끼·자리·나비·지종달새·산제비가 있다.