El área protegida se encuentra en una zona de transición entre ecosistemas diversos, estepas cordilleranas cobijadas por extensos coironales, bosque esclerófilo predominado por quillayes, litres, peumos y espinos, y 3.000 hectáreas de bosque caducifolio de Roble de Santiago (Nothofagus macrocarpa), cada uno permitiendo una importante riqueza de especies.
Entre las especies más carismáticas, se encuentra el carpintero negro (Campephilus magellanicus), con poblaciones estables y en una de sus distribuciones más septentrionales, el gruñidor del sur (Pristidactylus torquatus), habitante de densos bosques caducifolios y especialmente la población más al norte de chucaos (Scelorchilus rubecula), donde su vocalización nos transporta directamente hacia los densos bosques húmedos de la zona sur del país.
Recientes monitoreos con cámaras trampas realizados por personal del Santuario han confirmado la presencia de especies y poblaciones estables difíciles de avistar, destacando pumas (Puma concolor), gato colocolo (Leopardus colocolo), quiques (Galictis cuja), peuquitos (Accipiter chilensis) y concones (Strix rufipes).