Để bảo tồn da dạng sinh học về loài và gen quý, Quảng Trị đã thành lập hai khu bảo tồn tự nhiên là Đakông và Bắc Hướng Hóa, một khu bảo tồn biển đảo Cồn Cỏ.
Theo ghi nhận tại các khu bảo tồn tại Quảng Trị đều đa dạng về thực vật và động vật. Khu bảo tồn Đakrông có diện tích là 37.681 ha, nằm về phía Nam của huyện Đakrông với hệ động vật có 333 loài, có 26 loài thú bị đe doạ ở cấp độ quốc gia và quốc tế như Chà vá chân nâu, Vượn trung bộ, Mang lớn, Bò tót, Thỏ vằn, Cu li nhỏ, Gấu ngựa, Gấu chó, Mèo gấm; 07 họ trong 43 họ chim có số lượng loài lớn. Khu bảo tồn Đakrông có 1.452 loài thực vật bậc cao trong đó có 1.052 loài có ích chiếm 72,48%. Khu bảo tồn Đakrông còn là nơi lưu trữ, đánh giá, bảo tồn, quản lý thông tin nhiều gen sinh học quý.
Khu bảo tồn Bắc Hướng Hóa có diện tích trên 23.000ha. Đây là nơi sinh sống của các loài động thực vật quý hiếm. 5 loại động vật nguy cấp như Voọc Hà Tĩnh, Chà vá chân nâu, Vượn đen má trắng, Gấu ngựa và Sao La, 6 loài thuộc loại sắp nguy cấp là Tê tê Java, Khỉ mặt đỏ, Rối cá vuốt bộ, Mang lớn, Bò tót, Sơn Dương.
Khu bảo tồn biển đảo Cồn có diện tích 4.532 ha, trong đó có 5 loài động vật quý hiếm cần bảo vệ khẩn cấp. Rạn san hô ở Cồn Cỏ được đánh giá là khá tốt và còn tương đối nguyên vẹn và có mức độ đa dạng loài cao trong khu vực Vịnh Bắc Bộ.
Tuy nhiên, tại đây công tác bảo tồn đa dạng sinh học cũng gặp khó khăn do tình trạng săn bắt, mua bán và sử dụng động vật hoang dã ngày càng gia tăng. Nhiều loài động vật có nguy cơ tuyệt chủng. Theo Chi cục Kiểm lâm tỉnh Quảng Trị, từ năm 2020 đến tháng 9/2023, trên địa bàn tỉnh có 31 vụ vi phạm liên quan đến động vật hoang dã với tổng số tiền phạt 208 triệu đồng. Hàng trăm cá thể động vật hoang dã đã được giải cứu là tang vật của các vụ mua bán và vận chuyển động vật hoang dã.
Nhằm ngăn chặn nạn săn bắt, mua bán động vật hoang dã, tỉnh Quảng Trị đã có nhiều biện pháp bảo tồn đa dạng sinh học, phòng chống tội phạm về đa dạng sinh học trên địa bàn tỉnh. Trong đó tập trung tuyên truyền, tuần tra, truy quét và kết hợp với các chương trình mục tiêu phát triển kinh tế, giảm nghèo bền vững song song với bảo vệ rừng, môi trường rừng. Trong đó công tác tuyên truyền nâng cao nhận thức pháp luật cho người dân trên địa bàn được ưu tiên.
Năm 2023, UBND tỉnh phối hợp với nhiều tổ chức quốc tế, Quỹ Bảo tồn thiên nhiên tại Việt Nam (WWF - Việt Nam) tuyên truyền, phổ biến pháp luật về bảo vệ động vật hoang dã, đồng thời tổ chức ký cam kết với các cơ sở kinh doanh dịch vụ ăn uống trong tỉnh không sử dụng thực phẩm có nguồn gốc từ động vật hoang dã.
Chi Cục kiểm lâm tỉnh Quảng Trị đã phối hợp với các địa phương trong vùng đệm của các khu bảo tồn tuyên truyền cho người dân về vai trò của bảo tồn đa dạng sinh học, các quy định chính sách về bảo vệ rừng, bảo vệ động vật hoang dã. Phối hợp với trường học trên địa bàn tỉnh, tuyên truyền, giáo dục cho các em học sinh nhận thức đầy đủ về lợi ích, tầm quan trọng của rừng và các loài động, thực vật hoang dã đối với môi trường, cuộc sống của con người, đặc biệt là nâng cao ý thức bảo vệ các loài động vật hoang dã đang đứng trước nguy cơ tuyệt chủng.
Nội dung tuyên truyền phù hợp với từng cấp học, đối tượng nhằm giáo dục, nâng cao ý thức cho các em trong công tác quản lý bảo vệ rừng, bảo tồn đa dạng sinh học.
Lực lượng kiểm lâm thường xuyên phối hợp với các tổ bảo vệ rừng cộng đồng tuần tra và phát hiện nhanh các trường hợp xâm hạn rừng. Từ đó, nhận thức của người dân về các quy định của pháp luật trong bảo tồn đa dạng sinh học tại Quảng Trị có nhiều chuyển biến tích cực.