เนื่องจากสภาพป่าของอุทยานแห่งชาติภูจองนายอย ยังมีความอุดมสมบูรณ์อยู่มากจึงเป็นที่อยู่อาศัยและแหล่งอาหารของสัตว์ป่าเป็นจำนวนมาก

- สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม เช่น เลียงผา กวางป่า เก้ง กระจงเล็ก หมูป่า ชะมด หมีขอ หมาใน หมูหริ่ง กระต่ายป่า ชะนี กระทิง เป็นต้น

- สัตว์ปีก พบว่ามีจำนวนประมาณ 150 ชนิด ที่สำคัญได้แก่ เป็ดก่า เป็นต้น

- สัตว์เลื้อยคลาน เช่น ตุ๊กแกบ้าน กิ้งก่า เต่าเหลือง แย้ขีด งูหลาม งูจงอาง งูเห่า เป็นต้น

- สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก เช่น คางคกบ้าน เขียดหลังขีด กบนา เขียดตะปาด เป็นต้น