La diversidad de fauna es uno de los rasgos más significativos del Parque. Se han registrado más de 140 especies de aves, 7 subespecies endémicas y más de 10 migratorias. En cuanto a mamíferos, se cuentan cerca de 12 especies, entre ellas ardilla, conejo, mico cariblanco, oso palmero, ratón, tigrillo, venado y zorro perro. También es notable y variada la población de insectos, así como 6 anfibios y dentro de ellos un endemico: Allobates wayuu, 13 especies de serpientes y 6 de lagartos.