Dolina Tomanowa stanowi odgałęzienie Doliny Kościeliskiej. Pierwsze wzmianki o tym rejonie pojawiają się w nadaniach własności dla sołtysów z Bystrego od Zygmunta III Wazy z 1615 r. Polany znajdujące się w otoczeniu doliny były bardzo intensywnie wypasane. W latach trzydziestych XX w. Krajowy Patronat Spółdzielni Rolniczych urządził tam punkt szkolenia baców. W czasie II wojny światowej w Dolinie Tomanowej stacjonowali partyzanci. Prowadzono tu też intensywne prace górnicze.
Na terenie dużej części górnego piętra Doliny Kościeliskiej (rejon dolin Tomanowej i Pysznej) znajdował się ścisły rezerwat „Tomanowa-Smreczyny”, którego pomysłodawcą było Polskie Towarzystwo Tatrzańskie w 1931 r. Rezerwat powstał w 1936 r. jeszcze przed powołaniem Tatrzańskiego Parku Narodowego. Obecnie obszar dawnego rezerwatu znajduje się w obrębie TPN. Ochroną objęty jest największy w Tatrach polskich kompleks górnoreglowych lasów świerkowych z zachowaną górną granicą, gdzie licznie występują jarzębiny oraz limby. Ponadto teren ten, wraz ze znajdującym się niedaleko masywem Kominiarskiego Wierchu, stanowi ostoję zwierzyny, szczególnie dużych ssaków tatrzańskich, które nie są tu niepokojone przez ludzi.
Największym ssakiem tatrzańskim jest niedźwiedź brunatny. Żywi się przede wszystkim pokarmem roślinnym. Gdy brak mu takiego pokarmu, poluje oraz szuka padliny. Jest zwierzęciem zapadającym w sen zimowy. Wybiera wtedy głębokie i niedostępne wykroty oraz rozpadliny skalne i tam przygotowuje sobie legowisko tzw. gawrę. W czasie snu wybudza się kilkukrotnie, aby zaspokoić pragnienie. Młode rodzą się w gawrze między grudniem a lutym i ważą około 0,5 kg. Matka, która w tym czasie nie spożywa pokarmu, karmiąc młode korzysta jedynie z zapasów zgromadzonego tłuszczu. Niedźwiedzie żyją około 30 lat. Przez górali niedźwiedź nazywany był „on” i traktowany jako szkodnik, gdyż atakował pasące się w górach stada owiec. Jednym z najsłynniejszych myśliwych polujących na niedźwiedzie był Sabała.
Niedźwiedzie bardzo rzadko atakują ludzi, przy czym najczęściej jest to jedynie odstraszanie. W 1927 r. miał miejsce jedyny w Tatrach wypadek śmiertelny, w którym niedźwiedź uśmiercił człowieka. Natomiast w 2007 r. w Dolinie Chochołowskiej turyści zabili półtorarocznego niedźwiadka domagającego się od nich pokarmu. Zdarzenie to spowodowane było brakiem odpowiedzialności ze strony ludzi, którzy w bezmyślny sposób dokarmiali zwierzę przyniesionym przez siebie jedzeniem. Za takie zachowanie sprawcy zostali ukarani przez sąd grzywną oraz wyrokami pozbawienia wolności w zawieszeniu.
Jeleń szlachetny należy do rodziny jeleniowatych. Samiec (byk) ma na głowie wielkie poroże, natomiast samica (łania) ich nie posiada. Nie należy mylić jeleni i saren, gdyż są to dwa odrębne gatunki. Prawdopodobnie jeleń nie był gatunkiem żyjącym w Tatrach na stałe, gdyż brak wzmianek na jego temat w literaturze sprzed XIX w. W połowie XIX w. zwierzęta te hodował w Tatrach Aládar Salamon, właściciel Jaworzyny oraz jego następca Christian Hohenlohe. Przez większą część roku grupy samic i samców żyją osobno. Na trzy miesiące przed rykowiskiem, które odbywa się wczesną jesienią męskie stada rozpadają się i samce intensywnie żerują przygotowując się do walki z rywalami. W czasie rykowiska dochodzi do starć, które mogą zakończyć się śmiercią. Po zakończeniu rykowiska zwycięski osobnik obejmuje władzę nad stadem samic. Zimą zrzuca swoje poroże, które później odrasta. Przysmakiem jeleni są świeże pędy młodych drzew, co może powodować trudności w procesie odnawiania się lasu. W Tatrzańskim Parku Narodowym stosuje się zabiegi polegające na odgrodzeniu młodników od żerujących stad. W okresie zimowym dużym problemem są też jelenie poszukujące pokarmu w centrum Zakopanego. Obecnie na terenie TPN żyje około dwustu jeleni, chociaż po II wojnie światowej pozostało ich w Tatrach jedynie 9 sztuk.
Dawniej wilki był zwierzętami powszechnie spotykanymi w Tatrach. Jednak zostały one prawie całkowicie wytępione. Dziś populacja wilków w Tatrzańskim Parku Narodowym liczy maksymalnie kilkanaście sztuk. Występują tam, gdzie znajdują się skupiska jeleni. Latem najczęściej żerują samotnie, natomiast zimą skupiają się w stada, zwane watahami. Ich okres godowy przypada na luty i marzec. Po dwóch miesiącach rodzi się średnio pięcioro młodych. Wilki w poszukiwaniu zwierzyny przemierzają znaczne odległości nawet do trzydziestu kilometrów dziennie, dlatego też prawdopodobnie osobniki żyjące w Tatrach mogą je opuszczać wędrując do sąsiednich grup górskich, gdzie również mogą znaleźć pożywienie. Zarówno wilki, jak i inne duże drapieżniki, choć nie występują licznie w Tatrach pełnią bardzo ważną rolę sanitarną zabijając osobniki słabe i chore wśród zwierzyny płowej.
Ryś, największy w Europie przedstawiciel rodziny kotowatych, był dawniej gatunkiem często spotykanym w Tatrach, lecz w XIX w. został całkowicie wytępiony. Dopiero w drugiej połowie XX w. zwierzęta te ponownie zadomowiły się w Tatrach. Ryś najczęściej poluje nocą, w granicach regli. Czasami jednak zdarza się, że wychodzi powyżej górnej granicy lasu i poluje na kozice. Na co dzień jednak unika otwartych przestrzeni, a także wszelkich śladów człowieka, co sprawia, że jest zwierzęciem niezwykle trudnym do zaobserwowania. Są lata, kiedy pracownikom Tatrzańskiego Parku Narodowego nie udaje się zaobserwować żadnego osobnika. Obecność zwierząt stwierdzają jedynie na podstawie pozostawionych przez nie tropów.
Podstawowym gatunkiem lasu w reglu górnym jest świerk, który doskonale przystosował się do warunków, jakich nie tolerują buki i jodły rosnące w reglu dolnym. Bory świerkowe dzielą się na trzy strefy. Pierwsza, najniższa charakteryzuje się dużą gęstością, a drzewa są wysokie, zbliżonej grubości i posiadają wysoko osadzone korony. Wyżej świerki rosną w większych odległościach od siebie, dzięki czemu ich korony są szerokie i mogą sięgać prawie do samej ziemi. Trzecią strefę stanowi górna granica lasu, gdzie świerki muszą konkurować z lepiej przystosowanymi do trudnych warunków kosodrzewiną i limbą. W miejscach, gdzie las regla górnego został przerzedzony, szybko pojawia się jarzębina.
W XIX w. w rejonie Czerwonych Żlebków znajdowały się kopalnie żelaza, których pozostałości można obserwować do dziś. Wydobywano tu hematyt, a w latach trzydziestych XIX w. roczne wydobycie sięgało nawet 250 ton. Nazwa Czerwone Żlebki pochodzi od zabarwienia znajdujących się w tym rejonie łupków i piaskowców, które wywołane jest obecnością związków żelaza.
Towarzystwo Tatrzańskie w 1910 r. zadecydowało o potrzebie wybudowania schroniska na Hali Tomanowej. Miało ono służyć geologom pracującym w tym czasie w dolinie, a zimą narciarzom. Wkrótce jednak wycofano się z tego projektu. Rok później Sekcja Narciarska Towarzystwa Tatrzańskiego otrzymała od hr. Władysława Zamoyskiego zgodę na dzierżawę jednego z szałasów na Hali Tomanowej. Planowano przebudować go na niezagospodarowane schronisko. Również i ten pomysł nie został zrealizowany. Dopiero w 1937 r. Krakowska Izba Rolnicza wybudowała w tym miejscu wzorcową bacówkę, w której znajdował się punkt szkolenia baców. W budynkach tych w czasie okupacji kwaterowali radzieccy partyzanci. Jeszcze po II wojnie światowej na ścianach dało się przeczytać imiona i adresy mieszkających tam żołnierzy.
Nad Doliną Tomanową znajduje się Tomanowa Przełęcz (1666 m n.p.m.), która stanowi najniższe obniżenie głównej grani Tatr. Z tego względu była ona przez wieki wykorzystywana jako przejście z Podhala na Liptów i odwrotnie. Korzystali z niej podróżni, górnicy, a także zbójnicy. Pod koniec XIX w. planowano wybudowanie tędy szosy, ale planów tych nie zrealizowano.
Tomanowa Przełęcz miała ogromne znaczenie w czasie II wojny światowej. Prowadził przez nią szlak kurierski dla ruchu oporu z Polski na Węgry, z którego korzystał m.in. jeden z najbardziej znanych kurierów – Józef Krzeptowski. W czasie okupacji niemieckiej w latach 1939–1945 polski ruch oporu kontaktował się z rządem emigracyjnym poprzez polskie placówki w Budapeszcie. Kurierzy, oprócz przekazywania informacji, pomagali również w ucieczkach ludzi za granicę, a także przemycali do kraju pieniądze oraz broń. Trasy z Warszawy lub Krakowa do Budapesztu najczęściej były pokonywane etapowo przez kilku kurierów. Punktem startowym na Podhalu były głównie Zakopane, Chochołów i Waksmund. Z Zakopanego przedostawano się na Słowację najczęściej przez przełęcze: pod Kopą Kondracką lub Tomanową. Kurierami tatrzańskimi zostawali najczęściej przewodnicy, taternicy oraz górale (Stanisław Marusarz, Helena Marusarzówna, Stanisław Motyka, rodzina Frączystych). Działalność kurierska była bardzo niebezpieczna, gdyż schwytanych Niemcy zwykle rozstrzeliwali. Wiele osób nie wytrzymywało też trudów zimowej przeprawy przez Tatry i zamarzało po drodze.