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La Isla Guadalupe es una isla de origen volcánico cuya antiguedad es de 7 millones de años probablemente, constituye la cima de un cono volcánico emergido a 250 km de la costa de Baja California y que recibe la influencia de la Corriente de California.
Forma parte de la provincia florística californiana incluyendo ecosistemas vegetales de tipo mediterráneo; existe un alto grado de endemismo entre las 216 especies de flora vascular documentada, resultando en 171 especies probablemente nativas de la Isla.
Desde el punto de vista oceanográfico, la Isla Guadalupe forma parte de la provincia subropical marina San Dieguense perteneciente a la región marina del Pacífico Noroeste; la Comisión para la Coperación Ambiental del Tratado de Libre Comercio identifica a la Isla Guadalupe como parte de la Región Ecológica Marina del Pacífico Sudcaliforniano.
Durante muchos años, la población de lobo fino de Guadalupe (Arctocephalus townsendi) fue la única en el mundo y a partir de ésta, se han empezado a recuperar poblaciones de otras islas. Isla Guadalupe alberga también a la colonia más grande de elefante marino (Mirounga angustirostris) del Pacífico. Numerosas especies de aves utilizan la Isla como sitios de anidación y refugio, así como parada en sus rutas migratorias.
En los últimos años, se ha detectado una creciente población de tiburón blanco dentro del polígono de la reserva. Es posible que la Reserva de la Biosfera Isla Guadalupe constituya uno de los pocos refugios para esta especie cuyas poblaciones han declinado de manera alarmante a nivel mundial y de la cual se conoce muy poco. La porción marina de la Reserva es también un sitio de reposo y alimentación de las tortugas amarillas (Careta careta) en su viaje al oriente y es posible que también constituyan un área de alimentación de la tortuga prieta; el sitio se vuelve especialmente importante dada la disminución alarmante de las poblaciones anidantes en las costas de Japón.
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