Биоразнообразие животного мира национального парка обусловлено географическим расположением на стыке природных зон и биогеографических областей - это граница лесной и лесостепной зон, граница Европы и Азии, наличие вертикальной поясности. До организации парка запрет на охоту уже существовал на некоторых территориях, вошедших в его состав. С момента создания национального парка запрет был распространен на всю нынешнюю территорию. Это фактор способствовал увеличению биоразнообразия и численности животных.

Фауна парка в целом характерна для Южного Урала. Обычными видами являются медведь, волк, лиса, кабан, заяц-беляк, лось, куница и другие. Так же здесь обитает ряд видов, для которых Южный Урал является границей ареала: восточной - для таких видов, как лесной хорь, рыжая вечерница, нетопырь-карлик, ночница Наттетера, нетопырь Натузиуса; западной - для колонка и сибирской косули; северной - для корсака.

Несколько видов животных занесены в список Международного союза охраны природы - это речная выдра, садовая соня, прудовая ночница, европейская норка. 

По результатам ежегодных зимних маршрутных учетов растет численность косули, кабана, лося, куницы. Вновь появился и активно осваивает водотоки бобр. По имеющимся сведениям на большинстве притоках рек. Белая и Нугуш построены плотины бобров, его погрызы можно встретить по берегам рек. Численность медведя также значительно возросла в последние годы и встречи с ними стали регулярным явлением, большинство из них происходит вблизи населенных пунктов.

Благодаря большому количеству пещер, на территории парка обитает 11 видов представителей отряда рукокрылых, 6 из них занесены в Красную книгу Республики Башкортостан. В парке обитает также несколько видов животных занесенных в Красную книгу МСОП (Международный союз охраны природы). Это ночница прудовая, речная выдра, садовая соня (виды, находящиеся в состоянии, близком к угрожаемому), европейская норка (находящийся в критическом состоянии). Также в Красные книги включены: сурок обыкновенный, летяга, марал. Всего из фауны национального парка 12 видов млекопитающих занесены в Красную книгу Республики Башкортостан.

Богат видовой состав обитающих в парке птиц. Из всей фауны авифауна изучена наиболее полно. Большое значение национального парка для сохранения фауны птиц признано международным сообществом. Вся его территория входит в список КОТР (ключевые орнитологические территории России) под названием Бельско-Нугушское междуречье в категории А1 и В2 т.е. ключевые территории всемирного и общеевропейского значения, а также в список ценных водно-болотных угодий . В Красные книги занесены 40 видов птиц. Из них 21 вид занесен в Красную книгу Российской Федерации, а 12 видов: краснозобая казарка, белоглазый нырок (чернеть), турпан, степной лунь, большой подорлик, могильник, балобан, кобчик, большой кроншнеп, большой веретенник, сизоворонка, коростель, дубровник - в Красную книгу МСОП.

Фауна амфибий и рептилий включает в себя по 9 видов. В парке зарегистрированы: обыкновенный тритон, серая жаба, остромордая, травяная и озерная лягушки: краснобрюхая жерлянка, чесночница обыкновенная, жаба зеленая, прудовая лягушка. Прудовая и травяная лягушки занесены в Красную книгу Республики Башкортостан. Из рептилий в лесной зоне обычна живородящая ящерицаи веретеница ломкая причем последняя по встречам преобладает. Реже встречается гадюка обыкновенная. На сухих лугах многочисленна прыткая ящерица. Во влажных местах и близ водоемов можно встретить обыкновенного ужа. Другие виды, болотная черепаха, медянка, полоз узорчатый, водяной уж - встречаются крайне редко. Эти виды, а также веретеница ломкая занесены в Красную книгу Республики Башкортостан. Болотная черепаха - в Красную книгу МСОП в статусе Lower Risk/near threatened.

Что касается ихтиофауны, она представлена несколькими комплексами видов. Во-первых, это обитатели исключительно чистых горных водотоков: европейский хариус, таймень, ручьевая форель, обыкновенный европейский подкаменщик,обыкновенный елец, речной гольян. Ниже зоны подпора эти рыбы встречаются в исключительных случаях и в осеннее-зимний период. Комплекс рыб крупных водоемов – водохранилищ включает в себя такие виды, как: судак, язь, жерех, лещ, густера, чехонь, сазан, сом, плотва, линь, подуст. Комплекс эврибионтов состоит из следующих видов: окунь, щука, уклейка, голец. Их можно встретить на всех участках водоемов парка. Обычными видами на территории парка могут считаться: щука, лещ, голавль, уклейка, гольян, плотва, окунь, судак, ерш, сом. Единичны находки таких видов как: сазан, чехонь, ротан-головешка, русская быстрянка, жерех. Всего на территории отмечен 32 вид рыб, 5 из них занесены в Красные книги России и Башкирии Это таймень, форель ручьевая, хариус европейский, русская быстрянка, обыкновенный европейский подкаменщик. 2 вида занесены в МСОП: таймень и сазан в статусе уязвимый (Vulnerable).

Дать полную характеристику наиболее многочисленной группе животных – беспозвоночным - пока невозможно. Здесь представлены как горно-лесные виды: башкирская бортевая пчела (в диком виде), альпийский усач, обыкновенный отшельник, так и степные виды: обыкновенный богомол,степная дыбка. Всего в списки Красных книг различных рангов включены 19 представителей беспозвоночных обитающих на территории парка. Кроме перечисленных выше к ним также относятся: двубугорчатый палочник, пчела-плотник, армянский шмель, необыкновенный шмель, степной шмель, тулупчатый шмель, изменчивый шмель, обыкновенный аполлон, голубянка Римн, мнемозина, махаон, подалирий, адмирал, шелкокрыл березовый. В Красную книгу МСОП входят 4 вида: альпийский усач, обыкновенный отшельник, степная дыбка и обыкновенный аполлон.

Всего на территории парка обитает 75 видов животных занесенных в Красную книгу Республики Башкортостан, 38 видов занесено в Красную книгу России, 23 видов занесено в Красную книгу МСОП.