Территория Ильменского заповедника вытянута вдоль Уральских гор на 41 километр. Самая высокая точка заповедника - гора Ильмен-Тау, вознесшая свою вершину на 747,3 м. над уровнем моря. На территории Ильмен можно встретить самые разные виды природного рельефа - скалы, каменные уступы, холмы, равнины. Встречаются живописные гранитные скалы, которые образуют каменные палатки, поля и осыпи. Необычайную красоту этому горному ландшафту придают озера. Большое и Малое Миассово, Большой и Малый Кисегач, Ишкуль, Таткуль, Савелькуль, Бараус, Аргаяш. Уникальны растительное и животное богатство заповедника, в котором сочетаются таежные и степные виды животных и растений. Здесь встречаются таежные и смешанные леса, кустарниковые степи и разнотравье, северные сфагновые болота. Особенно ценны сосновые леса, богатые брусникой и черникой, и лиственничные леса - свидетели доледниковой эпохи. Флора заповедника насчитывает 832 вида, а животный мир - несколько тысяч. Но основное богатство заповедника - камни. Это настоящая горная кладовая. 268 названий разнообразных минералов насчитали ученые в подземных жилах Ильмен, и продолжают находить новые. Только за десять лет, с 1980 по 1990 год список ильменских минералов пополнился на 50 новых названий! 

При заповеднике существует музей, который входит в пятерку крупнейших геолого-минералогических музеев России и имеет в экспозиции одну из крупнейших биологических диорам страны. Первые коллекции минералов и горных пород заповедника начали создаваться в 1925 году. В 1936 году было построено первое деревянное здание музея, а с 1990 года музей размещается в трехэтажном здании, где находится шесть залов общей площадью 2050 кв. м. Среди них - зал минералогии месторождений, зал систематической коллекции минералов,Ильменский зал, биологический зал. Фонд музея насчитывает около 30 тысяч единиц хранения, выставляется 9 тысяч экспонатов. Музей является крупным региональным центром просвещения в области естественных наук, ежегодно принимая 50 тысяч посетителей.