Vùng lõi Di sản có diện tích 6.226 ha, bao gồm chủ yếu ba khu vực bảo vệ là Cố đô Hoa Lư, khu danh thắng Tràng An – Tam Cốc – Bích Động và rừng nguyên sinh đặc dụng Hoa Lư.

Vùng lõi Quần thể danh thắng Tràng An là vùng bảo vệ đặc biệt của di sản. Vùng lõi nằm trong khối đá vôi Tràng An với hệ thống đa dạng các thung lũng, hố sụt karst tạo nên mạng lưới thuỷ văn nhiều hang động xuyên thuỷ cùng các thảm thực vật nguyên sinh phát triển rậm rạp, các cánh đồng lúa, ao hồ, làng mạc. Nằm trong khu vực vùng lõi là các công trình di tích lịch sử, kiến trúc nghệ thuật truyền thống; các di tích khảo cổ; di tích, danh lam thắng cảnh đã được công nhận và xếp hạng, cần được bảo vệ nghiêm ngặt trước tác động của các yếu tố chủ quan và khách quan khác nhau nhằm bảo tồn nguyên trạng giá trị, tính trọn vẹn và xác thực của di sản.

Vùng lõi khu di sản được phân thành khu vực cấm xây dựng (khu vực bảo vệ I) và khu vực hạn chế, kiểm soát đặc biệt nghiêm ngặt các hoạt động xây dựng (khu vực bảo vệ II).

Khu vực bảo vệ I rộng 3.460 ha, gồm các cảnh quan thiên nhiên và các khu di tích cần bảo vệ nghiêm ngặt; các khu vực bảo tồn - sử dụng bền vững đan xen. Đây là các khu vực không có dân cư sinh sống, cấm xây dựng. Trường hợp đặc biệt có yêu cầu xây dựng công trình trực tiếp phục vụ việc bảo vệ và phát huy giá trị di tích phải được cơ quan có thẩm quyền chấp thuận. Nghiêm cấm mọi hoạt động làm thay đổi hình dáng núi đá, hang động, ảnh hưởng đến những yếu tố gốc của núi đá, hang động, ảnh hưởng đến tầng văn hóa, chặt phá rừng, săn bắt động vật, phá hủy và làm thay đổi thảm thực vật, sử dụng hang động làm nơi chăn thả gia súc hoặc làm dịch vụ. Nghiêm cấm đổ chất thải công nghiệp, nông nghiệp, chất thải sinh hoạt và các loại chất thải khác.

Khu vực bảo vệ II rộng 2.766 ha, gồm các khu vực dành cho phát triển du lịch (không lưu trú), các khu vực làng, xã có dân cư sinh sống và cảnh quan nông nghiệp xung quanh. Các hoạt động xây dựng cơ sở hạ tầng, cải tạo nhà ở được phép tiến hành nhưng ở mức độ hạn chế và phải được kiểm soát đặc biệt nghiêm ngặt để không ảnh hưởng đến di sản.

Đối với khu vực làng xã có dân cư sinh sống: Hiện trạng khoảng 17.800 người. Tỷ lệ tăng dân số dự kiến (khống chế) đến năm 2030 là 0,8% (khoảng 19.640 người). Giữ nguyên hiện trạng các khu vực tập trung dân cư, không mở rộng diện tích đất ở, di dời những hộ dân nằm rải rác. Giữ gìn cấu trúc làng xóm hiện có, giữ gìn và tôn tạo các công trình kiến trúc có giá trị và hạ tầng kinh tế của làng xã, phục hồi các công trình công cộng dân gian truyền thống. Các công trình công cộng, công trình hành chính, các công trình khác (nếu cần thiết) và nhà ở phải được xây dựng trên tinh thần văn hóa truyền thống, chiều cao không quá 3 tầng. Không xây dựng các công trình hiện đại, không phù hợp với hình ảnh làng xóm truyền thống. Không mở rộng đường làng ngõ xóm hiện có, chỉ cải tạo nâng cấp mặt lát để tránh làm phá vỡ môi trường cảnh quan vốn có của làng xã.

Đối với khu vực dịch vụ, du lịch: Phát triển du lịch tham quan, sinh thái và văn hóa. Xây dựng cơ sở hạ tầng (đường giao thông, bến thuyền, chòi nghỉ, chỉ dẫn thông tin, bãi đỗ xe); tu bổ, hoàn chỉnh hệ thống kiến trúc nhỏ, tiểu cảnh trang trí, cầu đá, vườn dạo... Xây dựng mạng lưới các công trình dịch vụ du lịch theo mô hình sinh thái, hình thức đơn giản, hình khối hợp lý, có khối tích và chiều cao hạn chế, mật độ xây dựng thấp để hài hòa với cảnh quan thiên nhiên. Khu trung tâm dịch vụ du lịch ở Cố đô Hoa Lư được phép xây dựng các công trình: Khu đón tiếp, bãi đỗ xe, điểm đỗ xe du lịch nội bộ, công viên cây xanh, trung tâm dịch vụ nhỏ, điểm nghỉ, điểm ngắm cảnh, trung tâm quản lý điều hành hội thảo chiếu phim tư liệu và trưng bày mô hình Cố đô Hoa Lư thu nhỏ, hiện vật khảo cổ. Khu trung tâm dịch vụ du lịch ở Tam Cốc-Bích Động được phép xây dựng các công trình như: Khu đón tiếp, dịch vụ nhỏ... bố trí tại cửa ngõ khu Tam Cốc-Bích Động. Bãi đỗ xe, điểm đỗ xe du lịch nội bộ được bố trí cạnh nhau, cạnh nhà đón tiếp, hướng dẫn du lịch. Sát bến thuyền Tam Cốc bố trí công viên cây xanh, ki ốt dịch vụ, khu dân cư hiện hữu được giữ ổn định, không tiến hành mở rộng thêm, dân cư trong khu vực sẽ tham gia vào các hoạt động dịch vụ: bán hàng lưu niệm, đặc sản địa phương, dịch vụ ăn uống giải khát, dịch vụ chèo thuyền... Khu dịch vụ, quản lý, điều hành, bến thuyền trung tâm khu hang động Tràng An bố trí tại thung Áng Mương, quy mô khoảng 50 ha, được phép xây dựng các công trình: Nhà điều hành, nhà trưng bày, bến thuyền trung tâm, bãi đỗ xe...

Đối với cảnh quan tự nhiên, cảnh quan nông nghiệp xung quanh: Giữ gìn khu vực sinh thái nông nghiệp, duy trì sản xuất nông nghiệp; trồng rừng phục hồi để thu hút động vật, tăng độ che phủ. Ngăn chặn các hoạt động khai thác gỗ, chặt phá cây rừng, săn bắt động vật.