Фауна земноводных и пресмыкающихся крайне бедна. Широко по заповеднику распространена живородящая ящерица. На побережье Байкала обычна остромордая лягушка, очень редка дальневосточная квакша. На южном склоне Хамар-Дабана обитают сибирский углозуб и обыкновенный щитомордник.
В заповеднике насчитывают более 250 видов птиц, относящихся к 19 отрядам. Орнитофауна здесь отличается сложностью зоогеографической структуры. Доминируют сибирские виды, но в то же время насчитывается немало представителей европейских и арктических фаун. К числу же особенностей следует отнести наличие элементов восточно-азиатской, монгольской, китайской и тибетской орнитофаун (Васильченко,1985).
Из всех видов птиц, встреченных на территории заповедника, 93 вида являются пролётными и встречаются только весной или осенью; 162 вида постоянно гнездятся в заповеднике; 39 из них оседлы (остаются на зимовку). Некоторые птицы прилетают в заповедник на зимовку или появляются во время зимних кочёвок (например зимняк, белая сова, свиристель, чечётки, пуночка). Интересен факт залёта в район заповедника колпицы, пеганки, мухоловки-пеструшки.
Из дневных хищных птиц в лесах заповедника широко распространены канюк, чёрный коршун, ястребы - перепелятник и тетеревятник. Изредка встречаются хохлатый осоед и малый перепелятник. Постоянно гнездятся чеглок и пустельга.
На заповедной территории мало водоемов, пригодных для обитания водоплавающих, поэтому их количество здесь невелико. На побережье Байкала и в долине р. Темник гнездятся кряква и чирок-свистунок. В долинах крупных рек постоянно обитает большой крохаль и, реже, средний крохаль. На озерах южного склона хребта встречается горбоносый турпан.
Во всех высотных поясах распространены представители семейства куриных. Обычной птицей высокогорий является тундряная куропатка, гнездящаяся в каменистых россыпях и в горной тундре с зарослями березки круглолистной и рододендрона золотистого. После выведения птенцов куропатки нередко держатся и в зарослях кедрового стланика. Широко, но неравномерно распространен в заповеднике обыкновенный глухарь. Типичные местообитания этой птицы — сосняки, а также кедровники у верхней границы лесного пояса, но встречается он и в кедровниках на побережье Байкала. Редок в заповеднике каменный глухарь, встречающийся преимущественно в .светлохвойных лесах юго-восточной части заповедника. Рябчик — самый обычный представитель семейства куриных в заповеднике, держится в основном в смешанных лесах с хорошо развитым подростом и кустарниковым подлеском.
Большинство видов куликов, отмеченных в заповеднике, бывает здесь только в период сезонных миграций. Из гнездящихся на побережье Байкала видов можно назвать фифи и малого зуйка, по берегам горных рек лесного пояса широко распространен перевозчик. Наибольшей численности перевозчик достигает в долине р. Темник и в нижнем течении крупных рек северного макросклона хребта, таких как Переемная, Выдриная, Мишиха. В лесном поясе гнездятся вальдшнеп и лесной дупель. В биотопах высокогорной тундры гнездится хрустан.
В начале лета в заповеднике нередко можно услышать голоса глухой и обыкновенной кукушек; причём глухая кукушка заметно превосходит по численности обыкновенную.
Малочисленны в заповеднике совы. Из них встречаются ушастая и болотная совы, длиннохвостая неясыть и воробьиный сыч.
Некоторые птицы, встречающиеся в заповеднике, внесены в Красную книгу России. Так, в долине реки Темник найдена на гнездовье скопа; на заповедном участке реки гнездится две пары этих птиц. Изредка встречается скопа и на водоемах северного макросклона Хамар-Дабана, как правило, в долине р. Переемной, но жилых гнезд пока здесь не находили. В альпийском поясе постоянно отмечается беркут, но место его гнездования пока не найдено. Степной орел, могильник, орлан-белохвост, балобан, сапсан, журавль-красавка, азиатский бекасовидный веретенник относительно часто встречаются в заповеднике на пролете. Очень редок филин.
В период миграции, прежде всего весенней, видовой состав и численность птиц в заповеднике резко возрастает. Это особенно хорошо заметно на прибайкальской равнине. Если для крупных птиц — гусей, журавлей, многих хищных — хребет не является серьезным препятствием во время пролета, то для мелких видов более удобным оказывается путь в обход хребта. Мигрирующие птицы концентрируются на побережье Байкала, перемещаясь в основном в юго-западном направлении вдоль берега озера.
На начальном этапе миграции до конца апреля преобладает овсянка-ремез, затем начинается массовый пролет дроздов — краснозобого и рыжего, а позднее — оливкового, в большом количестве летят зеленый конек и овсянка-крошка. В третьей декаде мая самым массовым пролетным видом становится дубровник.
Одновременно с осенним пролетом происходит формирование зимней орнитофауны заповедника. Самые обычные зимой птицы - обыкновенный поползень, буроголовая и сероголовая гаички, кедровка, кукша, черный и трехпалый дятлы. Из более северных широт в заповедник на зиму прикочёвывают белая сова, свиристель, пепельная чечетка, пуночка.
В урожайные на ягоды и кедровые орехи годы количество зимующих птиц заметно растет. Остаются на зимовку дрозды — рябинник, краснозобый и рыжий, сибирская чечевица. Постоянно встречаются стайки дубоносов, щуров, снегирей.
Териофауна заповедника представлена 49 видами из 6 отрядов (Бойченко и др.,1988). Большинство млекопитающих относится к группе палеарктов. Вместе с тем, немало видов имеют европейско-сибирское, транспалеарктическое, голарктическое и даже берингийское происхождение.
Из насекомоядных наиболее обычны равнозубая, обыкновенная и средняя бурозубки, водяная кутора и сибирский крот. В биотопах южного макросклона Хамар-Дабана довольно обычна тундряная бурозубка.
Редки в заповеднике рукокрылые. Из 6 известных для его территории видов более или менее обычны только водяная ночница и ушан, которые встречается в основном в лесном поясе.
Среди мелких грызунов самыми многочисленными являются красно-серая и красная полевки. Обычны восточно-азиатская мышь, лесная мышовка, полевка-экономка и обитатель высокогорий большеухая полевка. Из других видов грызунов следует упомянуть ранее акклиматизированную ондатру. Она встречается на побережье Байкала. Численность ее здесь очень низка из-за почти полного отсутствия подходящих мест обитания. Обычны в заповеднике белка и бурундук - типичные таежные обитатели. Из зайцеобразных в заповеднике распространены заяц-беляк и альпийская пищуха.
Территория заповедника служит резерватом и очагом расселения соболя. Местная, хамар-дабанская, популяция соболя сохранялась в период общесибирской депрессии численности этого вида, продолжавшейся с конца XIX столетия по тридцатые годы уходящего века. Но численность была настолько низкой, что для ее восстановления до промысловых размеров потребовалось искусственное расселение животных. В 1939-1959 гг. в десяти пунктах Хамар-Дабана было выпущено более 200 соболей (Монахов, Тимофеев, 1973).
В настоящее время соболь в заповеднике заселяет все пригодные местообитания, от предгорий до субальпийских редколесий. Общая численность соболей на территории заповедника колеблется в пределах 450-550 при показателях средней плотности обитания в 3-4 особи на 1000 га. Наиболее плотно соболь заселяет предгорья, нижнюю и верхнюю части лесного пояса. Обычно предпочитает темнохвойную тайгу с преобладанием кедра и кедровники в долинах рек. Здесь у соболя достаточно корма, доступного в течение всего года, а в многочисленных каменных осыпях, под корнями деревьев и среди валежника он находит себе прекрасные убежища.
Из довольно редких представителей семейства куньих, постоянно обитающих в заповеднике, можно назвать речную выдру. Большинство рек северного склона хребта не имеют сплошного ледяного покрова, и в их низовьях сохраняются условия, позволяющие выдре жить здесь постоянно. В заповеднике одна из рек даже названа в честь этого зверька, в прошлом, по-видимому, водившегося здесь в изобилии. На реке Темник условия иные, река полностью замерзает, но в результате уменьшения стока лед проседает и ломается, образуются «пустоледья». Их успешно используют выдры, которые постоянно обитают здесь в небольшом числе. Весной и в начале зимы выдры нередко переходят из одной речной долины в другую.
В последние годы в заповеднике встречена американская норка, ее появление связано, по всей вероятности, с расселением из Иркутской области.
На южном макросклоне хребта постоянно встречается росомаха. Число этих зверей в заповеднике невелико, большая часть их кочует по южным склонам Хамар-Дабана, нередко используя в пищу останки волчьих жертв. На северном склоне хребта росомаха довольно редка.
Кроме перечисленных видов куньих встречаются горностай и ласка, а также представитель степной фауны — солонгой.
В заповеднике обитает около 80 бурых медведей. В весен-не-летний период они встречаются по всей территории заповедника. В начале лета их легко наблюдать во время кормежки на высокогорных лугах. Позднее, с началом гона, они собираются в верхней полосе лесного пояса; в августе и сентябре медведи кормятся на ягодниках и в кедровниках. Из берлог они выходят обычно в первой половине апреля — в южной части заповедника раньше, а ложатся в берлоги обычно с конца октября. Часть зверей ежегодно покидает территорию заповедника и расселяется в окрестных угодьях. На южном склоне Хамар-Дабана неоднократно встречались берлоги, вырытые под корнями деревьев — вероятно, это связано с малоснежьем. На северном макросклоне Хамар-Дабана медведи берлог обычно не роют, ограничиваясь сооружением гнёзд под упавшими стволами деревьев или в густых зарослях подлеска.