Zwierzęta na obszarze parku reprezentowane są przez liczne bezkręgowce: 28 gatunków wazonkowcowatych, 12 gatunków dżdżownicowatych (w tym miejscowy endemit – Allolobophora carpatica), 20 gatunków krocionogów (w tym 9 endemicznych), 36 gatunków pareczników (w tym 6 endemicznych), 39 gatunków prostoskrzydłych (w tym endemiczna zrówieńka karpacka i podgatunek mirki bieszczadzkiej Capraiuscola ebneri carpathica) i nawet 295 gatunków motyli, w tym chronione na poziomie europejskim górówka farte, górówka epifron podgatunku Erebia epiphron transsylvanica i górówka sudecka. Spośród kręgowców w rzekach występują m.in. pstrąg potokowy, lipień i strzebla potokowa. Płazy reprezentują m.in. traszka górska, salamandra plamista oraz będąca endemitem karpackim traszka karpacka, natomiast gady – jaszczurka żyworodna, żmija zygzakowata i gniewosz plamisty.
Spośród ptaków w parku narodowym występują cietrzew, głuszec i orzeł przedni, a także sęp płowy i jarząbek. Ssaki reprezentowane są przez kozice i introdukowane na ten obszar w 1973 roku świstaki, występują tu także duże