Các hệ sinh thái rộng lớn còn tương đối nguyên sinh trên núi đá vôi, núi đất, sông suối với độ che phủ lớn của rừng thường xanh là sinh cảnh lý tưởng cho nhiều nhiều loài động vật sinh sống. Những kết quả khảo sát của các nhà khoa học từ năm 1991 đến nay đã thống kê được 735 loài động vật có xương sống.
Bảng 3.4: Thống kê hệ động vật VQG Phong Nha - Kẻ Bàng
TT Lớp Số bộ Số họ Số loài 1 Thú 11 30 132 2 Chim 18 57 338 3 Bò sát 2 15 96 4 Lưỡng thê 1 06 45 5 Cá nước ngọt 10 34 124 Cộng 42 142 735
Nguồn: Luận chứng khoa học mở rộng VQG Phong Nha - Kẻ Bàng (2013)
Qua danh sách động vật đã thu thập được cho thấy hệ động vật của Phong Nha - Kẻ Bàng đặc trưng cho khu hệ động vật Bắc Trường Sơn và có quan hệ gần gũi với khu hệ động vật Ấn Độ - Miến Điện. Yếu tố đặc hữu của khu hệ động vật có xương sống ở Phong Nha- Kẻ Bàng khá cao, đặc trưng cho khu hệ động vật Bắc Trường Sơn và có quan hệ gần gũi với khu hệ động vật Ấn Độ - Miến Điện. Đó là nét đặc trưng nổi bật của VQG này, có giá trị toàn cầu, không thể có trường hợp thứ 2 như thế.
Trong số các loài đã thống kê có 91 loài đã ghi trong Sách đỏ Việt Nam (2007), 72 loài cần được ưu tiên bảo vệ mức độ toàn cầu và đã ghi trong Sách đỏ các loài động vật có nguy cơ bị đe doạ của IUCN, 2012 (Nguyễn Xuân Đặng 2012).
Bảng 3.5: Số lƣợng các loài động vật bị đe doạ ở Phong Nha - Kẻ Bàng TT Lớp Số loài quí hiếm Nghị định 32 Danh lục đỏ Việt Nam 2003 Danh lục đỏ IUCN 2012 1 Thú 54 43 46 34 2 Chim 34 24 20 17 3 Bò sát 24 14 18 13 4 Lưỡng thê 9 - 4 5 5 Cá 6 - 3 3 Cộng 127 81 91 72
Nguồn: Luận chứng khoa học mở rộng VQG Phong Nha - Kẻ Bàng (2013)
Do có vùng núi đá vôi rộng lớn nhiều hang động, nhiều nguồn thức ăn, nên các loài Linh trưởng (Primates) đặc biệt phát triển. Đã thống kê được 9 loài và phân loài Linh trưởng, bằng 43% tổng số loài Linh trưởng của Việt Nam. Cả 9 loài đều đã được ghi vào trong nghị định 32/2006/NĐ-CP ngày 30/5/2006 của Chính phủ, và được ghi vào Sách đỏ Việt Nam, và Danh lục đỏ IUCN. Hang động ở Phong Nha- Kẻ Bàng cũng là nơi tập trung nhiều loài dơi nhất ở Việt Nam. Đã có 46 loài dơi được ghi nhận có mặt tại VQG chiếm 43% tổng số loài, đây cũng chính là nơi có tiềm năng lớn về bảo tồn dơi của Việt Nam. Khảo sát động vật trong hang động năm 2011 cho thấy động vật không xương sống có tiềm năng đặc hữu cao. Trong 730 mẫu cá thể được ghi nhận, có 58 nhóm loài thuộc 7 lớp, 22 bộ đã xác định phân bố trong 21 hang động.