Un gran número de especies se encuentran en el Parque, muchas de ellas aún no han sido reportadas. Las especies son conocidas en gran medida por el aprovechamiento que hace la gente de las comunidades, especialmente para su consumo, lo cual ha sido comprobado por los funcionarios del Parque (tanto por observación directa, como por su identificación en diferentes guías) y se pueden clasificar de acuerdo con los siguientes grupos:

La principal especie del Parque Nacional Natural Cahuinarí es sin duda la tortuga charapa (Podocnemis expansa), la cual fue la base biológica para la creación del parque. La charapa, el quelonio de agua dulce más grande de américa y tal vez del mundo, estuvo sometida a una elevada explotación comercial de más de cien años, lo que la llevó a que actualmente se encuentre en peligro de extinción. La especie, que históricamente sirvió como fuente de proteína y pilar en la cosmovisión para los pueblos indígenas presentes en su área de distribución, pasó a convertirse en un recurso más a ser explotado por parte de comerciantes brasileros y colombianos quienes aprovecharon en tal medida su carne y sus huevos, que las poblaciones antes abundantes en las cuencas de los ríos Orinoco y Amazonas (lugares de distribución original de la especie) solo encuentran continuidad en poblaciones estructuradas en los ríos Trombetas (Brasil) y en el medio y bajo río Caquetá (Colombia), incluyendo la cuenca hidrográfica de uno de sus principales afluentes: el río Cahuinarí.

Otros reptiles presentes en el parque son las tortugas Taricaya (P. unifilis), morrocoy (Geochelona denticulata) y (G. carbonaria). Las babillas Caiman (sclerops, Paleosuchus trigonatus), el caimán negro (Melanosuchus niger).

Dentro de las principales especies de peces en el parque que son comercialmente explotados, se encuentran los grandes bagres como el lechero (Brachyplatystoma filamentosum), dorado (B. flavicans), capaz (Platynematichtthys notatus), guacamayo (Phractocephalus hemiliopterus), pejeleño (Sorubimichthys planiceps) entre las especies de cuero, y las cachamas (Colossoma spp.) y el sábalo (Brycon spp.) entre las de escama.

En cuanto a los anfibios se resalta La rana comestible: Osteocephalus taurinus, especialmente en la época de semana santa.

Entre las aves presentes en la región se encuentra la garza blanca Casmerodius albus, garza nocturna Nyctiocorax nyctiocorax, garza tigre Tigrisoma lineatum y la grulla Mycteria americana. Las guacamayas y loras Ara ararauna, A. macao, Amazona amazonica, así como los picones Ramphastus tucanus. Las aves más consumidas son las Panguanas Tinamus major, Cripturellus soui, C. undulatus; Pavas y Paujiles Penelope jacquacu, Aburria pipile, Crax globulosa; el Tente Psophia crepitans y las guacamayas Ara spp.

Para el caso de los mamíferos, abundan en el Parque los osos hormiguero Myrmecophaga tridactyla, palmero Tamandua tretradactyla, el perico Bradypus variegatus; el armadillo o gurre Dasypus novemcintus, el armadillo trueno Priodontes maximus, así como entre los primates se destacan el cotudo Alouatta seniculus, el sogui sogui Callicebus torquatus, el churuco Lagothrix lagothricha; entre otro grupo se destacan el cusumbo Nasua nasua y el mico nocturno Potos flavus.

Entre las presas más apetecidas para la cacería están: la danta Tapirus terrestris, los puercos Tajassu pecari y cerrillos T. tajacu, los venados Mazama americana y M. gouazobira y el borugo Agouti paca. Las presas menores son: la guara Dasyprocta fuliginosa y el tintín Myoprocta acouchy.

Entre otras especies que están presentes en el área, pero no son consumidas, se encuentran: Los micos pielrojita Cebuella pygmea, volador Pithecia monachus, chichico Saimiri sciureus. La zorra Eira barbara, el perro de agua Pteronura brasiliensis y lobo de agua Lutra longicaudis. Los felinos Felis pardalis, F. tigrinum, F. weidii, el tigre colorado F. concolor, tigre dantero F. yaguarondi y el tigre mariposo Panthera onca. Los bufeos Inia geofrensis también abundan en todos los cursos de agua del Parque.