Nơi đây có 89 loài động vật có vú, 305 loài chim, 48 loài bò sát, 16 loài lưỡng cư, 858 loài thực vật, hàng trăm loài cá nước ngọt và hàng ngàn loài côn trùng. Vườn có voi rừng, trâu rừng và bò tót, báo gấm, báo hoa mai, lợn rừng,...

Đây là nơi trú ngụ của một số loài động vật nguy cấp mang tính toàn cầu như: bò xám (Bos sauveli), mang lớn (Megamuntiacus vuquangensis), nai cà tông (Cervus eldi), bò banteng (Bos javanicus), voi châu Á (Elephas maximus), hổ (Panthera tigris), sói đỏ (Cuon alpinus) và chà vá chân đen (Pygathris nigripes). Công tác điều tra vẫn đang tiếp tục, nhưng các kết quả nghiên cứu cho thấy vườn quốc gia Yok Đôn là một trong những nơi có khu hệ chim phong phú nhất Đông Dương[cần dẫn nguồn].