Según los trabajos realizados en los últimos años en los montes de Valsaín, para disponer de un buen Catálogo de fauna de los Montes de Valsaín, el número total de especies de los distintos grupos faunísticos (sin incluir los insectos) es de:
Como ya se ha citado, uno de los grandes valores de este espacio es su avifauna. Destaca el águila imperial ibérica (Aquila adalberti), el buitre negro (Aegypus monachus) con una abundante colonia, el dormidero de buitre leonado (Gyps fulvus), diferentes especies de águila, los picos (Dendrocopos major y D. minor) y chova piquirroja (Pyrrhocorax pyrrhocorax).
Entre los mamíferos destacan la nutria (Lutra lutra), corzo (Capreolus capreolus), jabalí (Sus scrofa) y las diferentes especies de murciélagos (Rinolophus ferrumequinum, Rinolophus hipposideros, Myotis emarginata, Myotis nattereri, Myotis myotis, Plecotus auriutus y Plecotus austriacus).
En el grupo de los peces la principal especie es la trucha (Salmo trutta) y entre los anfibios y reptiles, el lagarto verdinegro (Lacerta schreiberi), la lagartija serrana (Lacerta monticola), la víbora hocicuda (Vipera latastei), la salamandra (Salamandra salamandra bejarae) y la rana ibérica (Rana ibérica).
Invertebrados, viven en estos montes 54 especies endémicas. El número de especies de insectos es muy elevado, citándose como ejemplos destacados los lepidópteros Graellsia isabelae y Parnassius apollo.