La escasa pluviosidad que caracteriza el Parque, hace que la fauna se concentre en torno a los cursos de agua. Destacar en este sentido la cola del embalse de Cueva Foradada, donde el bosque de tamariz ofrece protección y cobijo apropiado para la cría de especies acuáticas, entre las que destacamos el somormujo lavanco (Podiceps cristatus). Es habitual también el ánade real (Anas platyrhynchos), el pato cuchara (Anas clypeata), la cerceta común (Anas crecca) y la carretona (Anas querquedula), el ánade friso (Anas strepera) entre otras especies de anátidas que utilizan este humedal del embalse en época de pasos migratorios o como lugar de invernada. De destacar es también la presencia ocasional de la cigüeña negra (Ciconia nigra) y el águila pescadora (Pandion halieatus), y más habitual encontramos la garza que recorre el curso del río Martín en busca de alimento. No obstante, hemos de destacar este embalse como un importante lugar de invernada del cormorán grande (Phalacrocórax carbo).
Los pinares dan cobijo a variadas especies. Numerosos pajarillos atraídos por los insectos como carboneros, herrerillos y otros páridos que a su vez atraen a rapaces de costumbres forestales como azores y gavilanes. Entre los grandes mamíferos encontramos el Jabalí (Sus scrofa) que recorre grandes espacios, la cabra montés (Capra pyrenaica) y el corzo (Capreolus capreolus) en pleno proceso de expansión. En el pasillo de vegetación en torno al río y barrancos hallamos zorros, tejones, garduñas, jinetas y en menor medida también se ha detectado el gato montés (Felis sylvestris).
El resto de la región podemos describirla como semiesteparia, dentro de un espacio ondulado entre colinas y barrancos, desarbolado con abundante matorral en el que predominan los romeros y aliagas, donde abundan especies de gran interés cinegético como las perdices, los conejos y las liebres, y pequeños pájaros adaptados a este tipo de hábitat de gran aridez como las cogujadas y collalbas entre otros. Abundan también los reptiles como lagartijas, lagartos ocelados y culebras de escalera.
Otro aspecto a destacar son las diversas especies de murciélagos detectadas en grutas y cavidades del Parque, en especial en la sima de San Pedro, considerada por los especialistas como un refugio de biodiversidad sin equivalentes en Europa.
