Đã thống kê đƣợc tại khu vực có 228 loài động vật thuộc 84 họ, 26 bộ thuộc các lớp động vật ở cạn: thú, chim, bò sát và ếch nhái. Trong đó:
- Thú có 18 loài, trong đó SĐVN, 2006 có 17 loài; Nghị định số 32/NĐ- CP/2006 là 7 loài.
- Chim có 7 loài, trong đó SĐVN, 2006 có 11 loài; Nghị định số 32/NĐ- CP/2006 là 8 loài; IUCN, 2009 có 1 loài.
- Lƣỡng cƣ có 1 loài.
Theo báo cáo Viện Sinh thái & Tài nguyên phối hợp với sở KHCN & Môi trƣờng Hà Tây trong công trình (1991) “Hƣơng Sơn, cảnh quan thiên nhiên và tài nguyên sinh vật” đã ghi nhận sự tồn tại của một số loài đặc biệt quý hiếm
khu vực nhƣ: Báo hoa mai (Nomascus leucogenlys), Báo gấm (Neofelis nebulosa), Vƣợn má trắng (Nomascus neucogenlys), Rái cá lớn (Lutra lutra), Lửng chó (Nyctereutes procyonoides) nhƣng đến nay không còn nữa.
* Thú:
So với tài nguyên thú của cả nƣớc có 322 loài, 43 họ, 15 bộ thì tài nguyên thú của khu vực có 55 loài chiếm 17,1%, có 20 họ chiếm 46,5%, có 7 bộ chiếm 46,7% tài nguyên thú của cả nƣớc. Trong đó đã ghi nhận 40 loài thú quý hiếm có giá trị kinh tế, khoa học và bảo tồn cao.
Trong 7 bộ thú có mặt tại khu vực, bộ Gặm nhấm có số loài nhiều nhất (18 loài), tiếp theo là bộ Dơi (17 loài), bộ ăn thịt (12 loài). Các bộ khác có số loài rất ít (1 - 4 loài). Điều đáng lƣu ý là trong số 55 loài thú ghi nhận đƣợc ở khu vực thì chủ yếu là thú nhỏ, gồm các loài Dơi, Chuột, Sóc… là những loài không phải mục tiêu săn bắn, ít có giá trị thực phẩm và có khả năng thích nghi tốt với môi trƣờng bị tác động, lẩn trốn tốt. Thú lớn và trung bình có số loài và số lƣợng cá thể rất thấp.
* Chim:
Kết quả điều tra ghi nhận tại khu vực nghiên cứu có 156 loài chim thuộc 45 họ, 16 bộ. Trong đó bộ Sẻ có số lƣợng họ (chiếm 51,1%), loài (chiếm 54,59%) là nhiều nhất; tiếp theo là bộ Cú có 2 họ, 9 loài (chiếm 5,77%). Các bộ có số lƣợng ít nhất là: bộ Ngỗng, Chim lặn, Cú muỗi, Nuốc và mỗi bộ có 1 họ và 1 loài.
So với tài nguyên Chim cả nƣớc có 828 loài, 81 họ, 19 bộ; tài nguyên Chim ở khu vực nghiên cứu có 56 loài chiếm 18,8%, có 45 họ chiếm 55,6%, 16 bộ chiếm 84,2% tài nguyên Chim của cả nƣớc. Nhƣ vậy ở khu vực nghiên cứu có nguồn tài nguyên Chim có mức đa dạng cao về số lƣợng bộ, họ và có mức đa dạng trung bình về thành phần loài.
Tổng hợp kết quả điều tra cho thấy, đã ghi nhận tại khu vực nghiên cứu 52 loài bò sát thuộc 13 họ, 2 bộ. So với tài nguyên bò sát cả nƣớc có 489 loài, 23 họ, 3 bộ; tài nguyên bò sát ở khu vực nghiên cứu có 51 loài chiếm 10,4%; 13 họ chiếm 56,5% và có 2 bộ chiếm 66,7%. Từ kết quả này cho thấy nguồn tài nguyên bò sát rừng đặc dụng tại khu vực nghiên cứu kém đa dạng về thành phần loài nhƣng có mức đa dạng cao về số bộ, họ.
* Tài nguyên lƣỡng cƣ:
Tổng hợp kết quả nghiên cứu đã điều tra ghi nhận đƣợc tại khu vực nghiên cứu có 26 loài lƣỡng cƣ thuộc 6 họ, 1 bộ. Căn cứ vào chỉ số đa dạng thì khu hệ động vật rừng đặc dụng khu vực nghiên cứu có mức độ đa dạng rất cao về số lƣợng bộ, họ; có mức độ đa dạng khá về thành phần loài và có mức đa dạng trung bình về thành phần loài.
* Tài nguyên côn trùng:
Thành phần côn trùng gồm có 374 loài thuộc 65 họ của 13 bộ tại khu vực nghiên cứu. Trong đó có 7 loài có tên trong sách đỏ Việt Nam năm 2000, năm 2007 và trong phụ lục IIB của Nghị định số 32 của Chính phủ.
Côn trùng ở khu vực nghiên cứu khá phong phú và đa dạng, với nhiều dạng sống đã và đang mang những vai trò, giá trị nhất định đối với hệ sinh thái rừng và con ngƣời nơi đây. Có nhiều loài có hại cho cây trồng nhƣng sự phá hại chỉ có trở thành vấn đề khi chúng có số lƣợng cá thể lớn và gặp điều kiện rừng trồng hoặc một phƣơng thức độc canh, các hệ sinh thái nông nghiệp. Trong số các loài ở khu vực nghiên cứu có rất nhiều loài có ích, các loài thiên địch, loài đặc sản, loài thụ phấn.