Khu sinh thái Pù Luông tại Thanh Hóa có hệ thực vật đa dạng với 1.540 loài, trong đó có nhiều loài thực vật quý hiếm có tên trong Sách đỏ Việt Nam như: Thông Pà Cò, Nghiến, Lan hài, Kim tuyến đá vôi, Ngù hương… Khu bảo tồn còn có 590 loài cây dược liệu, thuộc 445 chi, 161 họ của 7 ngành thực vật bậc cao có mạch và nhóm nấm.
Khu bảo tồn có 598 loài động vật, 51 loài quý hiếm bao gồm loài thú, dơi, chim, cá nước ngọt, bò sát.... Hệ thú quý hiếm như Báo gấm, Beo lửa, Hươu sao, Gấu ngựa, Sơn dương. Đây cũng là thủ phủ của hàng trăm loài bướm, lưỡng cư, động vật thân mềm khác. Pù Luông còn có ruộng bậc thang trải dài các thung lũng đã tạo nên sinh cảnh phong phú để phát triển du lịch sinh thái.
Pù Luông có khoảng hơn 4.000 hộ dân là người dân tộc Thái, Mường sinh sống ở vùng lõi và vùng đệm. Đời sống người dân khó khăn nên chủ yếu phụ thuộc vào rừng. Ngoài ra, hoạt động xây dựng thủy điện trên sông Mã đã ảnh hưởng tới hệ sinh thái và bảo tồn đa dạng sinh học tại đây. Nhiều loài động vật, thực vật suy giảm, có nguy cơ tuyệt chủng.
Tỉnh Thanh Hóa đã giao cho Ban quản lý Khu bảo tồn thiên nhiên Pù Luông nhiều nhiệm vụ trong đó công tác bảo tồn sinh học được ưu tiên. Ngoài công tác tuyên truyền tới người dân về các hành vi vi phạm về đa dạng sinh học, Pù Luông đã tận dụng hệ sinh thái của xây dựng mô hình bảo tồn gắn với du lịch.
Ban Quản lý Khu bảo tồn đã phối hợp cùng với Tổ chức Động thực vật quốc tế (FFI) xây dựng và phát triển du lịch sinh thái tại đây với tổng số tiền tài trợ là 254.152 Euro. Pù Luông đã xây dựng 20 ngôi nhà sàn tại xã Phú Lệ (huyện Quan Hóa), xã Thành Sơn và Lũng Cao (huyện Bá Thước) theo truyền thống của dân tộc Thái và Mường để làm dịch vụ lưu trú cho khách du lịch. Dự án cũng hỗ trợ nâng cấp cải tạo nhà vệ sinh, xây dựng các dịch vụ ăn uống chuẩn an toàn vệ sinh thực phẩm. Tổ chức cho cộng đồng dân cư trong vùng lõi, vùng đệm tham gia các lớp tập huấn, hướng dẫn và đi thăm các mô hình du lịch sinh thái trong và ngoài tỉnh. Nhờ đó, du khách tìm tới Pù Luông ngày càng đông, đời sống người dân đã nâng lên. Các hành vi xâm hại tới đa dạng sinh học giảm hẳn.
Cuối tháng 11/2023, UBND tỉnh Thanh Hoá đã có quyết định phê duyệt Đề án du lịch sinh thái, nghỉ dưỡng, giải trí trong rừng đặc dụng Khu bảo tồn thiên nhiên Pù Luông đến năm 2030, định hướng đến năm 2045. Pù Luông phấn đấu đến năm 2025 sẽ đón được khoảng 15.800 lượt khách du lịch và tạo việc làm cho trên 300 người và góp phần tăng thu nhập bình quân đầu người lên 52 triệu đồng/năm.
Quy định trong Đề án này, các công trình phục vụ du lịch sinh thái, nghỉ dưỡng, giải trí phải tuân thủ nguyên tắc, đảm bảo thân thiện với thiên nhiên, không phá vỡ cảnh quan của khu bảo tồn.
Theo Kế hoạch hành động về bảo tồn đa dạng sinh học đến năm 2030, tầm nhìn đến năm 2050 trên địa bàn tỉnh Thanh Hóa, từ nay tới năm 2030, tỉnh Thanh Hóa phối hợp với Trường Đại học Lâm nghiệp, Hiệp Hội Cây di sản điều tra cây cổ thụ trong rừng đặc dụng làm cơ sở đề xuất công nhận cây di sản Việt Nam tại Khu bảo tồn thiên nhiên Pù Luông. Bên cạnh đó là xây dựng hệ thống giám sát đa dạng sinh học tự động và nghiên cứu bảo tồn loài các loài thú Móng guốc, các loài Cầy nguy cấp, quý, hiếm tại Khu bảo tồn thiên nhiên Pù Luông.
Các Đề án triển khai trên là động lực thúc đẩy, góp phần tạo và tăng nguồn thu để tái đầu tư cho các hoạt động quản lý bảo vệ và phát triển rừng, bảo tồn đa dạng sinh học, ngăn ngừa các hoạt động vi phạm Luật Đa dạng sinh học tại Khu bảo tồn thiên nhiên Pù Luông.