由于大明山自然保护区特殊的地理位置和复杂的生态环境，为这里的野生动物群落结构提供了丰富的食物来源，使它们能够顺利繁衍。据综合调查，大明山自然保护区共有野生脊椎动物294种，隶属于31目90科208属。有22种鱼类、19种两栖动物、2种爬行动物、151种鸟类和60种哺乳动物。保护区内野生动物资源丰富，种类繁多，其中国家二级保护的珍贵动物有叶猴、金钱豹、蟒蛇三种。二级保护动物有森林麋鹿、苏门羚、黑熊、原鸡等34种。大明山已鉴定昆虫531种，大型真菌202种。此外，自然保护区还是鹰、秧鸡、杜鹃、三趾鸽、莪术等候鸟的停歇地和必经路线，是研究候鸟迁徙路线的理想场所。
