El guanaco cumple varias funciones en el ecosistema, como regular el crecimiento de la vegetación, ser parte de la dieta del principal carnívoro en estos ambientes como es el puma, además de servir de carroña para cóndores, zorros culpeo y otras especies menores. 

Estos animales pertenecen a la única población estable existente en la alta cordillera de la Región Metropolitana, la cual se reproduce en la zona. El guanaco es el herbívoro silvestre de mayor tamaño en Chile y está clasificado como vulnerable para la macrozona norte y centro de Chile por el Ministerio del Medio Ambiente. Este camélido puede ser considerado una especie «clave» que mantiene la triada camélido - puma - cóndor (hervívoro - depredador - carroñero) presente en el eje andino patagónico y al ser protegido se resguardan especies que coexisten con ella. 

Este espacio comprende el complejo dinámico de comunidades vegetales, animales y de microorganismos en su medio viviente, que interactúan como una unidad funcional. 

El ecosistema matorral subandino Cruz de Piedra, se ubica entre los 1.500 y 1.750 msnm, cubriendo aproximadamente 260 ha. La vegetación está constituida por un matorral arborescente dominado por Kageneckia angustifolia (frangel), Guindilia trinervis y Colliguaja integerrima, siendo también importantes los arbustos Haplopappus illinitus, Baccharis rhomboidalis spp. truncata y Schinus montanus. 

Destaca entre la flora el frangel (K. angustifolia), la cual es una especie dioica endémica de Chile, que se encuentra clasificada como «Casi Amenazada» y que crece en quebradas y faldeos de cerros entre las provincias de Limarí (región de Coquimbo) y Talca (región del Maule). En Cruz de Piedra se encuentra una población en mejor estado en comparación a otras de la Región Metropolitana. En cuanto a la fauna presente en este ecosistema, destaca la presencia de chiricoca (Ochetorhynchus melanurus), especie endémica de Chile.

Este ecosistema se ubica entre los 1.750 y 2.700 msnm, cubriendo aproximadamente 15.200 ha del Santuario Cruz de Piedra. 

Posee una amplia heterogeneidad a nivel vegetacional, considerando todas las comunidades vegetales, animales y de microorganismos en su medio viviente. Entre los 1.750 msnm hasta los 2.200 msnm, se desarrolla un matorral con gramíneas y arbustos bajos de alrededor de 0,5 m de altura, cuya cobertura media alcanza el 40%. Las especies dominantes son Chuquiraga oppositifolia, Ephedra chilensis, Tetraglochin alata y Azorella prolifera. En cambio, sobre los 2200 impera un matorral denso de 1-2 m de altura, compuesto principalmente por Adesmia pinifolia y Adesmia obovata. 

En cuanto a la flora, este ecosistema incluye distintas especies del género Adesmia, al menos dos de las cuales tienen distribución restringida. Incluye al tuco tuco mendocino (Ctenomys mendocinus), especie nueva para Chile al ser una ampliación de la especie en Argentina, al periquito cordillerano (Psilopsiagon aurifrons), con una población estable y de la más numerosa de la región, y a reptiles altoandinos, que han sido menos estudiados y que probablemente comparte especies endémicas y vulnerables con otros valles del cajón del Maipo.

Este objeto de conservación, que cubre aproximadamente 2.401 ha, es de alta fragilidad frente a perturbaciones que puedan disminuir el caudal hídrico. 

Como parte del sistema hídrico de la cuenca, las vegas cumplen un rol ecológico clave en la regulación de la escorrentía y son hábitat de especies de flora y fauna especialista. La vegetación de este ecosistema es azonal y posee una amplia distribución en los Andes, donde se desarrolla en laderas con afloramientos de agua, fondos de quebrada y hondonadas, interrumpiendo la distribución de las estepas y matorrales zonales.

Su vegetación se compone de praderas densamente cubiertas por Juncáceas y Ciperáceas. Junto a los cursos de agua se desarrolla una densa cubierta de especies palustres y acuáticas. En este ecosistema destacan aves de ambiente de humedal como el chorlito cordillerano (Phegornis mitchellii) clasificado como Casi Amenazada y el piuquén (Chloephaga melanoptera) clasificada como En Peligro. También se encuentran diversos anfibios tales como el sapo Alsodes tumultuosus y el sapo de monte (Alsodes montanus), ambos clasificados como En Peligro.

Este objeto de conservación incluye todos los ríos, esteros, lagunas, glaciares y la cabecera de la cuenca del Maipo que se encuentra en el territorio. La cuenca del río Maipo nace en las laderas del volcán Maipo a 5.523 msnm y recorre una longitud de 250 kilómetros hasta desembocar en el océano Pacífico, cubriendo una superficie levemente superior a los 15.000 km². La red hídrica cubre aproximadamente 112 km lineales en cuatro ríos (Claro, Blanco, Barroso y Maipo) y cuatro esteros (Extravío, Catedral, El Circo y Escalones). Además, existen 281 glaciares, que cubren un área de unos 62,12 km², con un equivalente en agua de 1,41 km³ según el Inventario Público de Glaciares (DGA, 2022). 

Este objeto de conservación de carácter físico incluye las estructuras geológicas y geo sitios presentes en el Santuario. Dentro de estas se pueden destacar:

• Remociones en masa: Procesos característicos del área como los flujos detríticos, aluviones, deslizamientos, caídas de bloques, entre otros.

• Deformación tectónica: Estructuras geológicas que reflejan la compleja evolución estructura de la zona central de Chile, donde se encuentran pliegues y fallas. Destaca en el Santuario la presencia de la falla del Diablo.

• Rocas intrusivas y sedimentarias: Se presentan distintos depósitos entre los cuales destacan:
  Formación Colimapu: sedimentos terrígenos del tipo lutitas y areniscas rojas conintercalaciones de caliza y lentes de yeso.
  Formación Abanico: constituida por tobas y brechas volcánicas con intercalacionesde lavas y sedimentitos clásticos. 
  Formación Farellones: compuesta de lavas, tobas e ignimbritas con intercalacionesde brechas.
  Formación Río Damas: compuesta por sedimentos clásticos gris rojizo, y vulcanitasandesíticas de color gris oscuro rojizo y verdoso.

• Volcanismo: En las formaciones Abanico y Farellones predominan las litologías de origen ígneo extrusivo, ambas de edad Cenozoica (40 a 5 Ma). Entre los rasgos volcánicos que se pueden observar se cuentan: coladas de lava, tobas, ignimbritas, depósitos de cenizas, domos, entre otros.

• Fuentes termales y aguas minerales: existen afloramientos termales en la zona, siendo la mayoría del tipo cloruradas sódicas, las cuales presentarían un origen cogenético, existiendo también aguas sulfatadas cálcicas. Estas tienen un potencial recreativo y turístico y se encuentran asociados a la actividad geotermal que entregan los volcanes.

El Santuario «es un reservorio del pasado, una cápsula de tiempo de la ocupación humana en la cordillera central de Chile, cuyos vestigios se mantienen en buen estado de conservación». Fuente: Patricio Bustamante, Investigador de sitios en estudio Cruz de Piedra 2014.

La autor/a establece que el predio cuenta con una variedad de sitios al aire libre, aleros y estructuras pircadas que demuestran asentamientos desde el Arcaico III (3950 AC aprox.) hasta el Período Alfarero Tardío. Asimismo, investigadores dan cuenta de que estos cuatro asentamientos correspondían a cazadores recolectores y de ocupar de paso y campamentos residenciales estacionales.

Para el periodo Alfarero Temprano se registraron siete asentamientos al aire libre de cazadores recolectores, en gran medida continuadores de la tradición arcaica, pero usuarios de vasijas cerámicas estilísticamente del periodo arcaico tardío.

El paso del Maipo tuvo un rol protagónico en un amplio territorio entre el río Aconcagua y el Cachapoal durante la mayor parte de la prehistoria, ya que facilitó la circulación de bienes y la interacción social asociada. Además, se presenta como un espacio mucho más complejo que un simple lugar de tránsito entre vertientes cordilleranas, ya que propicia asentamientos más prolongados por parte de ciertos grupos.

En el área hay presencia de carófitas fósiles en la formación Colimapu y evidencias de restos carbonosos y flora fósil en la formación Abanico. Además, se reconoce gran cantidad de estructuras sedimentarias en la formación Río Damas, tales como icnitas de vertebrados, estratificación gradada, grietas de barro y huellas de gotas de lluvia, entre otras. Asimismo, cuatro de los 40 geositios identificados para formar parte del Geoparque Cajón del Maipo se encuentran en el Santuario Cruz de Piedra. Estos son:

• Termas Puente de Tierra
  

• Columnas Basálticas

• Remoción en masa Los Monjes

• Centro Eruptivo Volcán Maipo – Caldera Diamante

Este objeto de conservación incluye la relación presente en el Santuario entre el humano y la montaña, incluyendo formas de vida, trabajos, costumbres, creencias, toponimias, historias, cuentos y mitos. Dentro de este objeto de conservación encontramos:

• Pasos y rutas de expedición: desde el Arcaico III (3950 AC aprox.) hasta el Periodo Alfarero Tardío o incaico existen evidencias de uso y paso de humanos por Cruz de Piedra. Asimismo, se registra que en 1883 que se realizó el primer ascenso por el geólogo alemán Paul Güssfeldt, junto al arriero chileno Francisco Zamorano, como parte de sus viajes de exploración por la cordillera. 
  

• La custodia de la soberanía: la tenencia fronteriza de Carabineros en Cruz de Piedra se ubica a 3.200 msnm y su principal misión es resguardar la soberanía en esta zona fronteriza de la cordillera, visitar los cuatro hitos que se encuentran en el sector y realizar patrullajes a caballo. Se encuentra en el lugar desde el año 2011.
  

• Las actividades deportivas de montaña: desde la construcción del camino del gasoducto al sur del volcán, el Santuario es el paso para montañistas para realizar el ascenso al volcán Maipo por la cara suroeste. Actualmente la Fundación cuenta con un protocolo de ingreso para autorizar el paso.
  

• Desde comienzos de siglo, generaciones de arrieros trashumantes han utilizado en el Santuario lugares de veranada para sus animales en las vegas y praderas del territorio. Actualmente, la Fundación trabaja con los arrieros para transitar a la ganadería regenerativa y así compatibilizar esta tradición y uso de sustento con la conservación de la biodiversidad.