两栖动物3目8科19属26种，爬行动物2目12科30属40种；鸟类18目43科264种；鱼类6目10科29属40种；昆虫10目84科610种。其中被列入国家重点保护野生动物名单的共计63种。保护区内栖息有亚洲象、孟加拉虎、金钱豹、白掌长臂猿、黑冠长臂猿、林麝、豚鹿等19种国家一级保护动物，猕猴、短尾猴、小熊猫等44种国家二级保护动物。南滚河国家级自然保护区是白掌长臂猿在中国的唯一分布地，以及亚洲象的唯二分布地之一（另一处为西双版纳）。