Sus ecosistemas varían desde matorrales xerófilos a bosques templados, pasando por bosques de niebla. Fue decretada como Reserva de la Biosfera el 19 de mayo de 1997.
Se ubica en los municipios de Arroyo Seco, Jalpan de Serra, Peñamiller, Pinal de Amoles y Landa de Matamoros en Querétaro.
Es la séptima en tamaño dentro de las áreas naturales protegidas federales de México, incluyendo a las marítimas y se le considera como la más diversa en cuanto a ecosistemas. Tal relevancia le concedió en el 2003 ser distinguida como Reserva de la Biósfera por el programa El Hombre y la Biosfera (MAB) de la UNESCO.
En la Sierra Gorda existen recursos hidrológicos de gran valor, distribuidos en tres subcuencas de importancia, como son el Río Santa María, Estórax y Moctezuma, afluentes de la Cuenca del Río Pánuco.
Además, existen numerosas especies de flora de las clasificadas como amenazadas, endémicas, raras, en peligro de extinción o sujetas a protección especial, conocidas como magnolia, ocotillo, espada, cilantrillo, maguey, cardón, biznaga, palo-escrito, zapote, aguacatillo, oyamel o guayamé, granadillo y cedro rojo.
Asimismo, se encuentran algunas especies de fauna igualmente amenazadas, endémicas, en peligro de extinción, así como otras sujetas a protección especial, tales como la tuza, el jaguar, la mariposa de Humboldt, el oso negro, la guacamaya verde, el mono araña, la nutria, el puerco espín y el tucán verde.
La Reserva de la Biosfera Sierra Gorda resguarda también la Presa Jalpan, que fue declarada como sitio Ramsar en el 2004 por ser humedal de importancia mundial. La presa atrae a varias especies de aves acuáticas y migratorias, sirviendo como sitio de reproducción y refugio de cerca de 140 especies reportadas en las inmediaciones de la presa.
