Первый на Южном Урале, он открылся в 1920 году как минералогический, позднее был отнесен к общему типу, где охраняется весь природный комплекс: земля, недра, воды, флора и фауна.
В Ильменах открыто более 260 минералов, и ученые продолжают открывать все новые и новые. Например, в 2005 году зарегистрирован минерал изумрудно-зеленого цвета авдонинит, названный по фамилии минеролога Владимира Авдонина.
А началась история Ильмен с открытия мусковита – прозрачной слюды, которую наши предки использовали в качестве оконных стекол. Название минерала произошло от старинного названия России – Московия, откуда его вывозили за границу в XVII веке. Настоящая слава пришла к Ильменам после открытия топазов. В заповеднике много поделочных и полудрагоценных камней: гранаты, солнечный и лунный камень, аметист, амазонит, родонит, лазурит и другие. Большинство минералов найдено в копях, которые начали рыть еще в XVIII веке. Их в заповеднике 380, а самые известные – Прутовская, заложенная казаком Прутовым, где были найдены первые топазы и турмалины, Блюмовская, цирконовая копь Мельникова. В Блюмовской копи нашли прекрасные топазы, аквамарины, редкие самарскит и циркон.
Немного на Земле уголков, которые по своей красоте и природным богатствам могут соперничать с Ильменами. Необычную красоту горному ландшафту придают озера Большой Кисегач, Большое и Малое Миассово, Большой Иткуль, Аргаяш.
Заповедная территория в основном покрыта сосново-березовыми лесами. В них произрастают 23 эндемика – это виды, нигде более не встречающиеся: ветреница пермская, гвоздика иглолистная и другие, 50 реликтовых видов, выживших после ледникового периода: кислица обыкновенная, Чина Гмелина, горноколосник колючий, очиток пурпурный, называемый заячьей капустой. Более 30 видов редких и исчезающих растений занесены в Красную книгу: это три вида башмачка, горицвет весенний, степная вишня, прострел желтеющий.
Фауна тоже разнообразна, на территории заповедника обитают почти все виды животных Урала. Некоторые были завезены в заповедник и акклиматизированы: это дальневосточный пятнистый олень, бобр, ондатра. Среди пернатых обитателей и насекомых много видов, занесенных в Красную книгу: орлан-белохвост, степной орел, беркут, пустельга, из бабочек – махаон, аполлон, подалирий, большой павлиний глаз. Этот южноуральский заповедник знаменит во всем мире, ему нет равного ни в России, ни за рубежом.