Tính đa dạng động vật của khu vực này còn tương đối cao so với các khu bảo vệ khác ở miền Bắc và miền Trung Việt Nam. Tổng số có 38 loài thú được ghi nhận, mười trong số đó là các loài bị đe dọa trên toàn cầu. Các loài thú được ghi nhận có tầm quan trọng đặc biệt đối với công tác bảo tồn bao bồm bò tót, voọc xám, vượn đen má trắng và mang Roosevelt (Muntiacus rooseveltorum). Đây là ghi nhận đầu tiên về mang Roosevelt kể từ khi loài này được phát hiện tại Lào 69 năm trước, đây cũng là ghi nhận đầu tiên của loài này ở Việt Nam. Tổng số có 134 loài chim được ghi nhận trong quá trình điều tra trong đó có một loài phân bố hẹp là khướu mỏ dài(Lê Trọng Trải et al. 1999)[1].

Theo thống kê sơ bộ, khu bảo tồn có 136 loài chim thuộc 11 bộ 29 họ điển hình, một số loài có số lượng lớn như gà rừng, hồng hoàng; 53 loài bò sát và lưỡng cư, 143 loài bướm...[2]