Dal punto di vista faunistico i Monti Nebrodi, al pari del resto dell'isola, hanno perduto a causa della pressione venatoria i grandi vertebrati quali cervo, daino, cinghiale, capriolo, lupo, che sino al secolo scorso popolavano i boschi. Tra i mammiferi, tuttavia, rimangono ancora specie molto interessanti legate all'ambiente nemorale quali, il gatto selvatico e la martora. Frequenti sono anche l'istrice, la volpe, la donnola, la lepre, il ghiro, il quercino, il moscardino, le crocidure, il mustiolo, oltre alle specie comuni ovunque in Sicilia, quali coniglio, topi e arvicole, riccio; sono inoltre presenti ben 8 specie di chirotteri. Tra gli uccelli le specie più interessanti si riscontrano tra i rapaci: l'aquila reale, l'aquila del bonelli, il falco pellegrino e il lanario, tutte legate alla presenza di rupi scoscese, ambienti nei quali fino agli anni '60 nidificava anche l'ultima colonia siciliana di grifoni, oggi definitivamente scomparsi dall'isola. Legate all'ambiente boschivo sono, invece, lo sparviero, il codibugnolo di Sicilia, la cincia bigia di Sicilia, quest'ultima esclusiva delle faggete dei Nebrodi. Di una certa consistenza sembrano anche le popolazioni di coturnice sicula, e sono presenti anche piccoli contingenti di uccelli acquatici nei laghetti montani. Numerose anche le specie di anfibi e rettili, e in particolare piuttosto comuni risultano il rospo, la tartaruga palustre, la vipera. Il maggior numero di endemismi nella fauna si riscontra tra gli invertebrati, sui quali esistono già diversi studi tassonomici e sono tuttora in corso numerose ricerche.