El Parque Nacional Natural Sumapaz protege los ecosistemas de páramo y bosque andinos, los cuales históricamente cuentan con una amplia biodiversidad en fauna y flora. El bioma de páramo se encuentra entre los 3.250 y los 4.250 m.s.n.m. y la fauna de este ecosistema se caracteriza por sus adaptaciones al clima frio y a las fuertes condiciones ambientales. Entre sus representantes encontramos el Venado Soche (Mazama Rufina), Conejo de páramo (Sylvilagus brasiliensis), Borugo de páramo (Cuniculus paca), Curí (Cavia anolaimae), Ratón montanero (Thomasomys niveipes), Cusumbo (Nasua nasua), y Tapir de montaña (Tapirus pinchaque).

En el bioma de bosque andino, se han reportado, a través de la metodología de fototrampeo, mamíferos asociados a la vegetación boscosa como el tigrillo (Leopardus wiedii), Taira o Ulamá (Eira barbara), Pecarí de collar (Pecari tajacu), Oso hormiguero (Myrmecophaga tridactyla), Oso melero (Tamandua tetradactyla), tigre colorado (Puma concolor) Ardilla de cola roja (Notosciurus granatensis), puercoespín arborícola (Coendou prehensilis), armadillo de cola desnuda (Cabassous unicinctus), comadreja de cola larga (Mustela frenata), Zarigüeya (Didelphis pernigra) y Ocelote (Leopardus pardalis).

Entre otras especies, se ha avistado Oso de anteojos (Tremarctos ornatus) en los límites del municipio de Gutiérrez (Cundinamarca), el guatín o cotiara (Dasyprocta fuliginosa), Jaguarundí (Puma yagouaroundi) y el zorro cangrejero (Cerdocyon thous).

Entre las principales especies de aves se encuentran el gallito de roca (Rupicola peruviana), pájaro carpintero (Picumnus pumilus), loro orejiamarillo (Ognorhynchus icterotis), azulejo (Thraupis episcopus), Águila paramuna (Geranoaetus melanoleucus), halcón (Habia gutturalis), toche (Gymnomystax mexicanus), yátaro o tucaneta (Aulacorhynchus prasinus), pavas de monte (Penelope sp), pava hedionda (Opisthocomus hoazín), Barbudito Paramuno (Oxypogon guerinii), Pico de Tuna Broncíneo (Chalcostigma heteropogon), Tingua Bogotana (Rallus semiplumbeus), Focha Común (Fulica americana), Pato Andino (Oxyura jamaicensis), Pato Paramuno (Anas andium), Gorrión Paramuno (Phrygilus unicolor), Cucarachero de Apolinar (Cistothorus apolinari), Remolinera (Cinclodes albidiventris) y Tororoi Leonado (Grallaria quitensis) (Plan de manejo PNN Sumapaz, 2018 y Guía ilustrada de aves de Chisacá) además de muchas especies de anfibios y reptiles.