Эталон Великоустюгского среднетаежного ландшафта, 98% территории покрыто лесами, в которых присутствуют пихта сибирская и лиственница сибирская, отдельные экземпляры которых имеют возраст 130 - 180 лет. Половину площади занимают ельники, чуть меньше - сосняки зеленомошной группы.
В 1712 году Указом Петра I массив у деревни Орлово был выделен в корабельную рощу. На протяжении 18 - 19 веков девственные леса Орловской рощи служили местом заготовки крупномерной древесины для нужд государственного кораблестроения.
Во флоре заказника зарегистрировано 140 видов высших сосудистых растений, из которых 20 - редкие. Кроме этого, выявлено 16 видов лишайников и 8 видов мхов.
Богатство и разнообразие растительного покрова рощи обуславливают разнообразие животного мира. Зарегистрирован 51 вид птиц, среди которых преобладают мелкие воробьиные птицы. Млекопитающие представлены 16 видами.