La fauna del Parque Nacional Natural Selva de Florencia es muy rica y variada, especialmente en cuanto a anfibios y aves se refiere. En cuanto al grupo de anfibios se cuenta con 75 especies reportadas, de las cuales 17 especies son endémicas del Parque y 31 especies se encuentran en algún estado de amenaza según la UICN: En Peligro Crítico (5), En peligro (11), Vulnerable (15) y Datos deficientes (7). Esto lo constituye como el Parque con mayor número de especies de anfibios amenazadas de Colombia.

En el año 2003 el Parque se declara como un AICA (Área Importante para la Conservación de las Aves), debido a la presencia de aves amenazadas a nivel mundial:

Aburria aburri (Wattled Guan) NT
Atlapetes flaviceps (Yellow-headed Brush-finch) EN
Hypopyrrhus pyrohypogaster (Red-bellied Grackle) VU
Vermivora chrysoptera (Golden-winged Warbler) NT
Chlorochrysa nitidissima (Multicolored Tanager) VU

Adicionalmente, posee una alta riqueza de especies, en el 2018 se registraron 370 especies de aves, doce de ellas endémicas: Hypopyrrhus pyrohypogaster, Odontophorus hyperythrus, Melanerpes pulcher, Habia cristata, Atlapetes flaviceps, Capito hypoleucus, Cercomacra parkeri, Sipia palliata, Ortalis colombiana, Habia gutturalis, Picumnus  granadensis y Chlorochrysa nitidissima. Cinco especies se encuentran en categoría de amenaza a nivel nacional: En Peligro: Atlapetes flaviceps, Scytalopus stilesi y vulnerables: Hypopyrrhus pyrohypogaster, Capito hypoleucus y Chlorochrysa nitidissima. Se destacan los registros de 23 especies migratorias, entre las que se encuentran reinitas, mirlas, cardenales, Atrapamoscas y rapaces.

Se destaca también el grupo de los mamíferos que cuenta con 75 especies registradas entre mamíferos voladores y no voladores. Se evidencia números altos de especies para los órdenes Xenarthra (osos hormigueros, armadillos y perezosos), Carnívora (zorros, coatíes, comadrejas) y Primates, siendo este último el más representativo dada la presencia de cinco especies: 1) Mono aullador colorado, 2), Mono nocturno o Marteja, 3) Tití gris, 4) Mono cariblanco y 5) el Mono araña café. Cuatro de los cuales se encuentran bajo categoría de amenaza, respectivamente: Vulnerable (2 y 3), En peligro (4) y en peligro crítico (5).