Le specificità ambientali e la conformazione geomorfologica del territorio del parco costituiscono luogo ideale per la presenza di numerose specie animali di notevole importanza.
Una delle specie simbolo della penisola di Capo Caccia è certamente rappresentata dal grifone (Gyps fulvus), un grande avvoltoio dall’imponente apertura alare considerato tra i più grandi viventi in Italia.
Decisamente più comuni e meno a rischio di estinzioni altri uccelli come le colonie di berte maggiori (Calonectris diomedea), berte minori (Puffinus puffinus), uccelli delle tempeste (Hydrobates pelagicus). E ancora marangoni dal ciuffo (Phalacrocorax aristotelis desmarestii), gabbiani corsi ( Larus audounii). Non mancano inoltre dalle pareti rocciose a picco sul mare di Capo Caccia e Punta Cristallo falco Pellegrino (Falco peregrinus) e piccioni selvatici (Columbia livia) e ancora poiana (Buteo buteo), barbagianni (Tyto alba ernesti) e corvo imperiale (Corvus corax). Vi sono poi varie specie di rondoni e passeri. Non manca certamente la pernice sarda (Alectoris barbara), l’occhiocotto (Sylvia melanocephala), la magnanina (Sylvia undata), lo zigolo nero (Emberiza cirlus), lo scricciolo (Troglodytes troglodytes) e numerose altre specie tipiche della macchia bassa e media. Tra le specie invece caratteristiche della macchia alta e della foresta possono essere menzionati fringuello (Fringilla coelebs), cinciarella (Parus caeruleus), cinciallegra (Parus Major).
Di recente insediamento lo sparviere (Accipiter nisus wolterstorffi) e il picchio rosso maggiore (Dendrocopus major).
Tra i mammiferi più comuni ricordiamo cinghiale (Sus Scrofa), donnola (Mustela nivalis), daino (Dama dama) e volpe (Vulpes vulpes) All’interno della foresta demaniale di Prigionette un trentennio fa sono stati introdotti cavalli e asinelli dell’Asinara. Tra i rettili più comuni infine la testuggine comune (Testudo hermanni) meno presente invece la testuggine marginata (Testudo marginata).