К территории заповедника прилегают наземная (40 017 га) и морская (26 143 га) охранные зоны. Охранная (буферная) зона расположена вдоль сухопутных границ обоих из находящихся на острове Кунашир участков заповедника.
К западной, южной, и восточной границам Тятинского участка заповедника примыкают три части охранной зоны (Рудный, Тятинский и Ловцовский участки) общей площадью 22 221 га. К северо-восточной и юго-восточной границам Алёхинского участка заповедника примыкают две части охранной зоны (Столбчатый и Серноводско-Головнинский участки) общей площадью 19 254 га.
Вся площадь охранной зоны заповедника составляет 41 475 га (0,48 % площади Сахалинской области).