דו-חיים המצויים בפארק דוניאנה כוללים את מיני הטריטונים: טריטון איברי, "Triturus pygmaeus" ו-"Lissotriton boscai" ; אילנית ים-תיכונית ("Hyla meridionalis"), מין הצפרדע: "Pelophylax perezi" , מיני הקרפדות: קרפדה מצויה, ו-"Epidalea calamita" ; מין החפרית "Pelobates cultripes" , מין העגולשון "Alytes cisternasii" , מין של צפרדע צבועה "Discoglossus galganoi" ומין השקענית "Pelodytes ibericus" .
זוחלים.
זוחלים המצויים בפארק דוניאנה כוללים את צבי היבשה: צב ביצות אירופי, צב ביצות ספרדי ("Mauremys leprosa") וצב יבשה מצוי; מין הנחושית "Blanus cinereus" , מיני החומטיים: "Chalcides bedriagai" ו-"Chalcides striatus" ; מיני הלטאות: שממית החומות ("Tarentola mauritanica"), השנונית "Acanthodactylus erythrurus" , לטאה ספירית ("Timon lepidus"), "Podarcis carbonelli" , "Podarcis vaucheri" , "Psammodromus manuelae" ו-"Psammodromus hispanicus" ; מיני הנחשים: "Hemorrhois hippocrepis" , "Zamenis scalaris" , "Coronella girondica" , תלום-קשקשים מצוי, נחש כיפה, נחש מים מאורה, נחש מים אירופי, ו-"Vipera latastei" ; וצבי ים: צב ים חום וצב ים גלדי.
עופות.
למעלה מ-300 (או אף 400 לפי ספירה אחת) מיני עופות נצפו בשטח הפארק, כולל עופות שתחום התפוצה שלהם מוגבל כמו עיט ספרדי, ברווז משויש, צחראש לבן, ו-אגמייה מצויצת ("Fulica cristata"). מיני עופות מים כוללים: מגלן חום, פורפיריה סגולה, צולל ביצות, כפן מצוי, נטה אדומת-ראש, לבנית קטנה, אנפית בקר, אנפת לילה מצויה, אנפית סוף ופלמינגו מצוי, בעוד שהאזורים סביב הביצות כוללים דוכיפת מצויה, כרווניים, דרור ספרדי, עפרונן גמדי ("Alaudala rufescens") וקטה חדת-זנב. האתר מושך אליו בקיץ עופות נודדים רבים, שיכולים לכלול: אנפה ארגמנית, שחפית מקור-שחף, עפרונן קצר-אצבעות, ("Calandrella brachydactyla"), חיוויאי הנחשים, כחל מצוי, "Iduna opaca" , חרגולן זמירי, אנפית גמדית, עיט גמדי, מרומית לבנת לחי וחמרייה חלודת-זנב.
יונקים.
בין 40 מיני היונקים שנצפו בשטח הפארק, כולל 12 מינים של עטלפים: אייל אציל, ארנבון מצוי, קיפוד אירופי, גחן מצוי, חתול בר, חזיר בר, שונר איברי, נמנמן אלונים ("Eliomys quercinus"), נמייה מצויה, חדף מצוי, לוטרה אירופית, יערון קטן, חמוס מבאיש, שועל מצוי, גירית מצויה, מין נברן השדות "Microtus duodecimcostatus" , מין נברן המים "Arvicola sapidus" וחולדה מצויה.
שונר איברי.
השונר האיברי, שבית הגידול שלו מוגבל לחצי האי האיברי, הוא מין החתולים הגדולים המצוי בסכנת ההכחדה הגדולה ביותר. ירידות חדות בגודל האוכלוסיות עקב הפחתה דרסטית של מלאי הדגים שהם מקור המזון העיקרי שלו הובילה לכך שהוכרז כמין מוגן בשנת 1966. האוכלוסיות הקיימות היחידות של השונר האיברי נמצאות בפארקי הטבע: בפארק הלאומי סיירה דה אנדוחר, בשמורת הטבע סיירה דה קרדנייה ומונטורו, בפארק הלאומי דוניאנה וסביבתו; האוכלוסיות האחרות של פעם בחצי האי נחשבות נכחדות. בפורטוגל מאמצי התאוששות לשמר את בית הגידול הנותר שלו הביאו ליצירת .
מרכז הרבייה אסבוצ'ה (Centro de Cría de El Acebuche) בדוניאנה פיתח תוכנית רבייה בשבי שהשיגה את הישרדותם של אחד עשר פרטים שנולדו במרכז ושל למעלה משלושים שנלכדו בפארק, שאם לא כן, ספק היה אם היו שורדים. מאמצי השימור הללו נתקלים בקשיים עקב שיעור תמותה גבוה בקרב השונרים והפרות חוזרות ונשנות של חוקים האוסרים על מכוניות להיכנס לפארק או לנסוע בדרכיו, אם כי, כפי שחלק מסוכנויות דיווחו, סיבות המוות לא תמיד ברורות. מצב ההישרדות הרעוע של חיה זו הפך אותה לסמל אייקוני של הפארק עבור הציבור הרחב.
סוסים.
בדוניאנה ישנם שני גזעי סוס מקומיים: סוס הביצה (בספרדית: Caballo marismeño) וסוס רטוארטס (Caballo de las retuertas). האחרון הוא אחד הגזעים האירופיים העתיקים ביותר, המתוארכים אולי לשנת 1000 לפני הספירה, והיחיד שחי בטבע ומבודד מאוכלוסיות אחרות.
פעילות חשובה הקשורה לפארק היא "סאקה דה לאס איגאס" (La Saca de las Yeguas, מילולית: "כינוס הסוסות"), אירוע חיות משק הנוגע לסוסי הבר הילידים של ביצות המלח של דוניאנה. כל שנה ב-26 ביוני, לאחר חגיגת יוחנן המטביל, לוכדים בוקרים כמה מאות סוסות וסייחים חדשים מקרב סוסי הביצה, ולאחר שהם מקבלים את ברכת הכנסייה באל רוסיו מוסעים לאלמונטה, נבדקים רפואית, ונמכרים או ניתנים במתנה.
גמלים.
במהלך המאות ה-19 וה-20 הסתובב באזור עדר גמלים שהתפראו. ייתכן שהם הובאו לחצי האי האיברי במהלך הכיבוש המוסלמי של ספרד במאה ה-8, או שהם ברחו מעדר שהובא מהאיים הקנריים בשנת 1829 על ידי המרקיז דה מולינה ה-12 (XII marqués de Molina) כחיות משא. בשנות החמישים של המאה ה-20 נותרו רק שמונה פרטים, ואלו היו מאוימים על ידי ציידים בלתי חוקיים. בתחילת שנות השישים היו רק שלושה, אך נוספים שוחררו לטבע לאחר ששימשו בצילומי הסרט לורנס איש ערב בשנת 1962.
בעיות איכות הסביבה.
לאחר אסון סכר אסנלקוייאר ב-1998, גברה המודעות הציבורית לסיכונים הסביבתיים שאליהם נחשף האזור הכפרי. מחקרי השפעה שונים וקבוצות סביבתיות הזהירו שוב ושוב מפני בעיות המאיימות על הצמחייה, בעלי החיים, המים והקרקע באזור. אמנם לחץ העיור על המערכות האקולוגיות המקומיות מהווה מקור לדאגה לאורך כל השנים, אך אינו זה גורם הסיכון היחיד. אונסק"ו בדקה את מועמדותו של הפארק להיכלל ב"רשימת אתרי המורשת העולמית בסיכון" מספר פעמים, אך טרם הוסיפה אותו.
השפעות של התשתיות.
היו מספר בעיות הקשורות לתשתיות ליד הפארק. פרויקט הקמת צינור נפט בין אקסטרמדורה לנמל ולבה ספג ביקורת מצד ארגונים סביבתיים, הטוענים כי הדבר יגדיל משמעותית את תנועת המכליות באזור ועקב כך את הסיכון הנלווה של זיהום נפט. חפירה תכופה של הנהר גואדלקיביר כדי לאפשר מעבר של ספינות לנמל סביליה הוכחה כגורמת להפרעות רציניות בביו-דינמיקה של שפך הנהר. האגודה להגנת הטבע (Associación de defensa de la naturaleza, בראשי תיבות Adena), הסניף הספרדי של ה-WWF, קישר בין מעבר של ספינות אלה לבין החדרת בעלי חיים חדשים למערכות האקולוגיות המקומיות, המתרחשת כאשר הן מזרימות מי נטל המכילים מינים זרים.
נמל ולבה, כמה קילומטרים מפארק הטבע, הוא אחד האיומים הסביבתיים הגדולים ביותר שלו. פרנסיסקו בלה (Francisco Bella), סנטור מטעם מפלגת הפועלים הסוציאליסטית הספרדית וראש העיר לשעבר של העיירה אלמונטה ולבה, רואה זאת כאבסורד שפרויקט הצינור אושר בעוד שהממשלה הלאומית והממשלה האזורית של אנדלוסיה משקיעות באנרגיה מתחדשת. כראש עיריית אלמונטה, הוא ציין את הקשיים ביישום מדיניות המקדמת תעסוקה בסמוך לפארק: "... אנחנו יודעים כמעט הכול על הנמלה והשונר, אבל צריכים לדעת כיצד מתפתחת התעסוקה בדוניאנה". בהתאם לעמדת בלה בנוגע לצינור הנפט, אמר חינס מוראטה (Ginés Morata), ביולוג ונשיא לשעבר של "מועצת ההשתתפות של דוניאנה" (Consejo de Participación de Doñana), כי הפרויקט, שכולל מעבר של מאות מכליות נפט בשנה שתפרוקנה את מטענן ליד דוניאנה, יוביל לאפשרות מוגברת של דליפת נפט.
ניצול יתר של מקורות המים.
בעיה סביבתית נוספת היא שאיבות מים להשקיה, רבות מהן בלתי חוקיות, שהוכפלו מאז סוף שנות השמונים כדי לשמור על גידולים עתירי מים כמו כותנה, אורז ולאחרונה תות שדה. אלו גדלים בחממות, עם שטח מוערך תחת פלסטיק בשטח שבין 45,000 ל-60,000 דונם באזור דוניאנה, ומייצרים למעלה מ-60% מתנובת תות השדה הספרדי. קידוח הבארות הבלתי חוקיות לשאוב מי השקיה מאקוויפרים תת-קרקעיים ככל הנראה הלך והתרחב, בעוד שדרישות המים של מתחמי מגורים סמוכים ושימוש בלתי הולם במקורות המים של הנהרות הסמוכים עשויים להשפיע גם על ההידרולוגיה של הפארק. סיכונים פוטנציאליים אחרים כוללים המלחת מי תהום כתוצאה משינויי אקלים; חדירת המים המלוחים מהאוקיינוס האטלנטי תסכן כמה מיני בעלי חיים. מצד שני, יכול להתרחש גם מדבור. כדי להקל על החקלאים אישרה המועצה המחוזית של ולבה (Diputación de Huelva) העברה ממערכת המים צ'נסה-פיידרס (Sistema hídrico Chanza-Piedras).
השפעת החקלאות.
בשנת 2007 הזהירה הקרן העולמית לשימור חיות הבר (WWF) כי חוות התותים המקיפות את הפארק, שבהן גודלו 95% מהתותים בספרד, מאיימות לגרום נזק קטסטרופלי לפארק על ידי ריקון מי התהום שמסביב, בעיקר במקום בו היו מעורבים קידוחים בלתי חוקיים, וכן שהן מייצרות זיהום משמעותי של חומרי הדברה ופסולת פלסטיק שהצטברה בנחלים מקומיים; AFP דיווחה עוד כי ארגון ה-WWF קורא להחרים תותים מספרד, אך הדבר מנוגד לדבריו של דובר WWF ספרד, ואין זה אופייני ל-WWF לקרוא לחרמות גורפים.
אסון סכר אסנלקויאר.
ב-25 באפריל 1998 נפרץ סכר המגן במכרה לוס פראילס (Los Frailes) שבבעלות בולידן-אפירסה (לשעבר אנדלוסה דה פיריטאס), חברת הבת הספרדית של חברת המכרות השוודית , ליד שבמחוז סביליה, ושחרר 4–5 מיליון מטרים מעוקבים של פסולת מכרה. הפסולת החומצית, שהכילה רמות מסוכנות של כמה מתכות כבדות, הגיעה במהירות לנהר אגריו הסמוך, וממנו לנהר , וזרמה כ-40 קילומטרים לאורך נתיבי מים אלה לפני שניתן היה לעצור אותה והגיעה עד לקדם-הפארק. פעולות הניקיון ארכו שלוש שנים, בעלות מוערכת של 240 מיליון אירו. אף על פי שהזרימה הואטה על ידי סכרי עפר והוסטה דרך הגואדלקיביר לים, הייתה הפגיעות של המערכות האקולוגיות של דוניאנה לאסונות סביבתיים כאלה מוחשית.