Planter og dyr som lever i ørkenen er betinget av å tåle ekstreme temperaturer med minimalt vann. Antall plante- og dyrearter som er seige nok til å overleve i ørkenen, titusenvis, som er en liten brøkdel sammenlignet med hundretusenvis av plante- og dyrearter som lever i regnet skog. Planter og dyr i ørkenen er biologisk begrenset i produktivitet og mangfold på grunn av den relative mangelen på organiske næringsstoffer.
Ørkenplanter
De tørketolerante plantene i ørkenen inkluderer villblomster, kaktus og sukkulenter, trær, busker, gress, kreosotbusker, bomullsved og elver ved elven. Med minimalt vann bruker ørkenplanter, villblomster, trær og busker den rike energien i ørkensolen for å produsere mer planteliv, som tjener til å drive ørkenens dyr og insekter.
Ørkenpattedyr
Ørkenpattedyr som bjørn, bobcats, prærieulver, rever, mulehjort, vaskebjørn, kaniner, gophers og ekorn holder seg kjølig i topp ørkenvarmen ved å gjemme seg i trær eller grave gravhuller under jorden.
Fjelløver og bobkatter er de unnvikende rovdyrene i ørkenen, jakt på hjort, kaniner, fugler, slanger og gnagere primært om natten. Prærieulver, kitrev og vaskebjørn er altetende som overlever i ørkenen ved å spise kaktus, frosker, padder, fisk, kaniner, ekorn og alt annet de kan ta bort.
Mulehjort, kaniner og gophers er planteetere som spiser røtter, knoller, gress og stikkende pære.
Ørkenfugler og fisk
Ørkenen er hjemsted for en rekke fugler, som hauker, ugler, strutser, hakkespett, kaktus og kalkungribber (også kjent som musvåker).
Ørkenhauker og ugler er rovdyr som jakter små pattedyr, insekter og andre fugler først og fremst om natten, mens kalkungribber er rovdyr som spiser på døde kropper av andre dyr. Struts er altetende som lever av planter, insekter, små virveldyr og virvelløse dyr. Hakkespett og kaktus wrens er altetende som spiser maur, biller og andre insekter, samt planter og trebark.
Ørkenfisk lever i de varme bassengene som er rester etter gamle innsjøer. Ørkenpuppefisken er en lavørkenfisk som lever av alger og ofte dør av når bassengene tørker opp i de varmeste månedene. Sonoran-ørkenen har mer enn 100 arter av ferskvannsfisk. Disse fiskene lever i det lite frittstående vannet som er igjen fra elver som eksisterte for hundre år siden. Fisk som loach minnow lever i grunne rifler med vann bare 6 tommer dype over grusbed, og nærer nesten utelukkende med fluelarver. Ørkener med lavere høyde opprettholder fremdeles store bestander av innfødt fisk, inkludert toppfisk, lang squawfish, Yaqui chub, ørkensugere, razorback sucker og bonytail chub.
Ørkenereptiler og amfibier
De varmekjære, tykkhudede reptilene og amfibiene i ørkenen inkluderer klapperslanger, øgler, padder og skilpadder. Klapperslanger spiser øgler, gnagere og små pattedyr som kaniner. Ørkenpaddene, som for eksempel Sonoran Desert-padden, spiser insekter, edderkopper og små mus. Ørkenøgler, som Texas horned firfirsle, spiser vegetasjon, maur, gresshopper, insekter og smådyr. Ørkenskilpadder er planteetere, selv om de av og til spiser åtsler og insekter.
Ørkeninsekter og edderkopper
Insekter og edderkopper som bor i ørkenen inkluderer bier, maur, sommerfugler, veps, mygg og svart enke edderkopper. Bier og sommerfugler spiser på tilgjengelig plantenektar. Veps og sorte enke edderkopper spiser insekter og andre edderkopper, mens maur spiser det de kan rense.