Der Uvs See ist ein Teil des Uvs-Nuur-Beckens, welches unterschiedlichste Ökosysteme umfasst. So erstreckt sich das Gebiet von den ewigen Schneefeldern im Turgen-Gebirge über Seen- und Steppengebiete bis hin zur Wüste von Altan Els. Das gesamte Gebiet ist 10.688 km² groß. Die Gebirgsketten sind zwischen 2.500 und 4.000 m hoch.
Aufgrund dieser geographischen Lage unterliegt der Uvs See extremen Klimaschwankungen. Im Winter sind Temperaturen bei - 40 °C normal, es wurden auch schon - 58 °C gemessen. Im Sommer erwärmt sich die Senke und es werden Temperaturen von + 40 °C erreicht. Der Uvs See unterliegt, im Vergleich zu Standorten der Erde gleicher Höhe, sowohl den kältesten als auch den wärmsten und trockensten Bedingungen.
In den Wüsten- und Bergregionen leben seltene Tiere wie die mongolische Wüstenrennmaus, der bedrohte Schneeleopard, das Wildschaf sowie der asiatische Steinbock. Seit 1997 ist das Uvs-Nuur-Becken als UNESCO-Biosphärenreservat ausgewiesen.
Am und auf dem Uvs See werden über 220 Vogelarten gezählt. Zahlreiche seltene und gefährdete Arten sind darunter, wie Schwarzstorch, Fisch- und Seeadler, Singschwan und Lachmöwe. Über 100 Paare Löffler brüten beispielsweise in der Region.