太白山自然保护区位于动物的古北界和东洋界的交汇和过渡地带，动物资源十分丰富，并呈现出明显的过渡型动物区系特征。
    1.保护区共有鸟类192种（其中繁殖鸟170种），隶属于13目37科，占秦岭鸟类总数的53.8%。繁殖鸟中，有留鸟112中，占繁殖鸟总数的65.88%，夏侯鸟58种繁殖鸟，占总数的34.12%。鸟类分布与植被密切相关，且随着海拔升高鸟类的分布种有减少的趋势。重要的鸟类有：红腹锦鸡、血雉、勺鸡、红腹角雉、杜鹃科、夜鹰科、啄木鸟科、山雀科等。
   2.保护区有兽类63种，隶属于5目23科。在兽类组成中，古北界27种，占42.9%，东洋界23种，占36.5%。广布种12种，占19%。特有种1种，仅占1.8%。保护区主要兽类有：大熊猫、羚牛、金丝猴、豹、林麝、鬣羚、黑熊、斑羚等，这些动物多分布在中、高山地带，少数分布在低山地带。大熊猫分布在南坡的海塘河、大干河、小干河、欠开营河、太白河流域的中高山地带和龙洞沟地区，有由东向西数量逐步增加的趋势，约有大熊猫11只，主要食物以巴山木竹和华桔竹为主，本区为中国大熊猫分布的最北界，有着重要的科学意义。
    3.保护区有两栖动物9种，隶属于2目5科，主要的两栖动物大鲵、秦巴北鲵，大蟾蜍中华亚种、秦岭雨蛙和中国林蛙等；保护区有爬行动物14种，隶属于1目4科，爬行动物的优势种是：黄纹石龙子、丽斑麻蜥、颈槽游蛇等。
    4.太白山自然保护区系长江、黄河两大水系主要支流的发源地，区内鱼类共有6种，隶属于2目3科。鱼类种群比较单一，种类偏少，且一般分布海拔较高，约在1500m左右，水温较低。重要的鱼类有：细鳞鲑、红尾副鳅和多鳞铲颌鱼等。
    5.太白山自然保护区森林昆虫相当丰富，种类较为繁多，初步整理有1435种，分属于19目99科，已经定名的1083种，被列入国家重点保护的二级昆虫有中华虎凤蝶，分布于南坡中，高山地带；三尾褐凤蝶，仅分布于北坡的蒿坪寺—斗母宫一带。