สมเด็จพระเจ้าพี่นางเธอฯ ทรงมีความผูกพันกับสัตว์เลี้ยงตั้งแต่ทรงพระเยาว์ ที่วังเลอดิสมีสัตว์ทรงเลี้ยงต่าง ๆ เช่น สุนัข เต่า แมว โดยเฉพาะสุนัขทรงเลี้ยงนั้นทรงมีสุนัขหลายพันธุ์ รวมทั้งสิ้น 28 ตัว ได้แก่ เค็ดซัล, ตอลเต็ก, สามพี่น้องตูลูส, อัลบี้, ลียอง, คีรีบูน, หลง, ภาพัน, ต้นคูน, ตระกูลชิทสุ ได้แก่ เจน, ไดมอนด์, มังกร, เท็น/อีเลเว้น, ดาว, แพนด้า, คู่รัก ซิกแซ็ก-เกาลัด กับลูกทั้งสี่ ได้แก่ เฮเซลนัท, เซสท์นัท, พีนัท, วอลนัท นอกจากนั้นยังมี แซนดี้, มน, วันพุธ, บ่อเบี้ย, ไนท์ และหัวหิน

สมเด็จพระเจ้าพี่นางเธอฯ มีพระเมตตาต่อสุนัขและแมวจรจัดมาก โดยพระราชทานตึกฉุกเฉินที่คณะสัตวแพทยศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย และเสด็จฯ เปิดตึกด้วยพระองค์เอง นอกจากนี้ยังได้พระราชทานเครื่องฟอกเลือด ฟอกไต เครื่องตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจ สำหรับสัตว์ ที่สำคัญคือ ดอกผลที่ได้จาก กองทุน "สิบสาม" ได้ช่วยเหลือสุนัขและแมวจำนวนมาก

เมื่อสัตว์ที่พระองค์ทรงเลี้ยงเสียชีวิตลง จะมีสุสานสัตว์ เรียกว่า สุสานสุนัขทรงเลี้ยงของพระพี่นางฯ ในบริเวณตลาดบองมาเช่ ย่านประชานิเวศน์ 1 ซึ่งเป็นตลาดบนที่ดินส่วนพระองค์ของสมเด็จพระเจ้าพี่นางเธอฯ[94] ยกเว้นสุนัขทรงเลี้ยงที่ชื่อ คุณสิบสาม สุนัขพันธุ์บอร์เดอเทอร์เรียที่พระองค์ทรงรักมาก ตอนคุณสิบสามตายก็ตายในอ้อมพระกรของพระองค์ ทางคณะสัตวแพทยศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยได้สร้างอนุสาวรีย์คุณสิบสามถวายพระองค์ในพระตำหนักเลอดิส สมเด็จพระเจ้าพี่นางเธอฯ ก็ได้พระราชทานพระราชทรัพย์ส่วนพระองค์แก่คณะสัตวแพทยศาสตร์ จุฬาฯ นำมาตั้งเป็นกองทุนเพื่อสัตว์เจ็บป่วยยากไร้ ชื่อ กองทุน "คุณสิบสาม" เพื่อช่วยเหลือสัตว์ยากไร้โดยเฉพาะสุนัขและแมว[95]

นอกจากนี้ พระองค์ยังทรงรับช้างของศูนย์อนุรักษ์ช้างไทย จังหวัดลำปาง ไว้ในพระอุปถัมภ์ถึง 3 เชือก พร้อมทั้งประทานชื่อแก่ช้างทั้ง 3 เชือก ได้แก่ จุฑานันท์ วนาลี และอลีนา โดยเฉพาะพังอลีนานั้นเกิดวันเดียวกับพระองค์ จึงมีอีกชื่อหนึ่งว่า น้องเมย์[96]