У річках водяться форель струмкова, марена кримська, пічкур, головень і бистрянка. Особливо цінною є марена кримська - рідкісний, ендемічний вид, що мешкає в річках на висоті 300-500 м над рівнем моря.
Земноводні представлені ропухою зеленою, жабами деревною і озерною і тритоном гребінчастим. Із плазунів тут живуть черепаха болотяна, ящірка кримська і скельна, трапляються жовтопуз, полоз жовточеревий, а біля водойм вужі - звичайний і водяний. У лісах поширена мідянка.
Найчисленнішою групою хребетних тварин на території гірсько-лісової частини заповідника є птахи, близько 70 видів яких знаходять тут для себе умови для гніздування. На окремих ділянках зрідка можна зустріти акліматизованих фазана та кеклика. Гніздяться гриф чорний та сип білоголовий, із дрібних хижих птахів - канюк звичайний та боривітер звичайний, а у високостовбурних листяних лісах - яструби великий та малий. Досить численною у лісах є сова сіра, а в долині р. Альми - совка, зрідка зустрічається сова вухата. З хижих птахів звичні на зимівлі яструб малий, мишоїд-зимняк, а під час прольотів - чеглок, осоїд, скопа, зустрічаються могильник, орлан-білохвіст, змієїд, орел-карлик.
У гірсько-лісовій частині заповідника зустрічається 15 видів кажанів (з 18-ти видів, що мешкають у Криму), з них найчисленнішими є нетопир малий і вечірниця руда, а надзвичайно рідкими - широковух європейський, нічниця Ноттерера, вухань звичайний, вечірниця велетенська, кажан двоколірний та нетопир кожанковидний.
У заповіднику мешкає більша частина популяції кримського підвиду оленя благородного. За минулі десятиліття із заповідника було розселено з метою акліматизації більше 1000 особин цього виду. Поширені козуля та акліматизовані види - муфлон і кабан дикий.
На Лебединих островах мешкають біля 250 видів птахів, це одне з найбільших місць гніздування та зимівлі водно-болотних птахів на півдні України. Зважаючи на велике природоохоронне значення, територію Каркінітської затоки віднесено до Рамсарських угідь і оголошено водно-болотним угіддям міжнародного значення. Найбільшим різноманіттям відзначається орнітофауна островів під час прольоту птахів. Численними тут є крижень, чирки свистунок і тріскунок, свищ, шилохвіст. Кількість птахів цих видів сягає 30-45 тис. На весняному прольоті біля островів зосереджується 7-8 тис. лисок, 2-4 тис. особин гуски сірої та великої білолобої. Біля островів щорічно линяє 6-8 тис. крижнів, до 5 тис. лебедів-шипунів, близько 6 тис. лисок. У роки з м'якою зимою велика кількість птахів залишається тут на зимівлю. У різні роки тут буває 10-30 тис. качок (крижень, чирок-свистунок, свищ, шилохвіст, галагаз, чернь морська, чубата, червонодзьоба і червоновола, крохаль великий та довгоносий, гоголь, луток), до 2 тис. гусей (гуска сіра та велика білолоба), до 2 тис. лисок, більше 1 тис. мартинів, понад 2,5 тис. лебедів (лебідь-кликун, лебідь-шипун). Щороку гніздиться від 11 до 15 тис. птахів: мартин сріблястий, реготун чорноголовий, чеграва, крижень, галагаз, баклан великий. Тут знаходиться велика колонія голінастих, мешканцями якої є чапля сіра, чаплі велика білі та мала біла, коровайка.
У зоні Лебединих островів зустрічається значна кількість видів морських риб, серед них морська лисиця та морський кіт, деякі види осетрових. Із земноводних мешкають ропуха та жаба озерна, з плазунів - ящірка прудка, вужі звичайний і водяний, із ссавців - їжак, білозубка мала, нетопир Натузіуса, ховрах малий, хом'як звичайний, тушканчик великий, хом'ячок сірий тощо.
Кримський природний заповідник веде широку природоохоронну та освітню роботу. У музеї природи експонуються найтиповіші представники рослинного і тваринного світу Криму. Екскурсантів знайомлять з типовими і унікальними гірсько-лісовими природними комплексами, рідкісними видами флори і фауни, а також з основами природоохоронного законодавства України. З метою екологічного виховання населення в заповіднику обладнані для організованого відвідування рекреаційні ділянки та 3 еколого-освітні маршрути, багатьох відвідувачів приваблює печера Мармурова на нижньому плато Чатир-Дагу.