ผลการสำรวจชนิด และประชากรสัตว์ป่าในอุทยานแห่งชาติเขาหลวง พบว่าอุทยานแห่งชาติเขาหลวง เป็นถิ่นที่อยู่อาศัยของสัตว์ป่าไม่น้อยกว่า 327 ชนิด โดยมีรายละเอียดดังนี้

1.สัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม จากการสำรวจพบสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม 29 วงศ์ 100 ชนิด จำแนกตามพระราชบัญญัติสงวนและคุ้มครองสัตว์ป่า พ.ศ. 2535 ได้ดังนี้

- สัตว์ป่าสงวน จำนวน 2 ชนิด คือ เลียงผา(Capricornis sumatraensis) สมเสร็จ(Tapirus indicus)

- สัตว์ป่าคุ้มครองประเภทที่ 1 จำนวน 29 ชนิด ลิงกัง (Macaca nemestrina) เม่นหางพวง(Atherurus) เสือลายเมฆ(Neofelis nebulosa) เป็นต้น

- สัตว์ป่าคุ้มครองประเภทที่ 2 จำนวน 7 ชนิด เก้ง(Muntiacus muntjak) กวาง(Cervus unicolor) เสือดำ(Panthera pardus) เสือโคร่ง(P. tiger) และจำนวนตามสถานภาพโดย Humphrey และ Bain (1990) คือ สัตว์ที่ถูกคุกคาม (Threatened species) พบจำนวน 15 ชนิด เช่น ลิงกัง(M. nemestrina) ลิงเสน(M. arctoides) หมีหมา(Helarctos malayamus) ค่างดำ(P. melalophos) ค่างแว่นถิ่นใต้(P. obscura) เป็นต้น

- สัตว์ที่กำลังจะสูญพันธุ์ (endangered species) จำนวน 9 ชนิด เช่น เลียงผา(Capricornis sumatraensis) สมเสร็จ(Tapirus indicus) เสือดำ(Panthera pardus) ชะนีธรรมดา(Hylobates lar) เป็นต้น

2.สัตว์จำพวกนกหรือ สัตว์ปีก จากการสำรวจพบนกทั้งสิ้นจำนวน 157 ชนิด 37 วงศ์ เป็นนกประจำถิ่น 143 ชนิด และเป็นนกอพยพย้ายถิ่น 14 ชนิด ซึ่งจัดเป็นสัตว์ป่าคุ้มครองประเภทที่สอง จำนวน 2 ชนิด ได้แก่ ไก่ป่า(Grallus gallus) นกเขาเปล้าธรรมดา(Treron curvirostra) สัตว์ป่าคุ้มครองประเภทที่ 1 จำนวน 137 ชนิด นอกนั้นไม่ถูกจัดให้เป็นสัตว์ป่าคุ้มครองหรือสัตว์ป่าสงวนแต่อย่างใด จากการายงานของ Humphrey และ Bain (1990) พบว่ามีนกที่จัดเป็นนกที่ถูกคุกคาม (Treatened) 6 ชนิด ได้แก่ อินทรีดำ(Ictinaetus malayansis) ไก่ฟ้าหน้าเขียว(Lophura ignifa) นกหว้า(Argusianus argus) นกเงือกหัวหงอก(Berenicornis comata) นกเงือกปากดำ(Anorshinus galeritus) และ นกกก(Buceros bicornis) และมีจำนวน 2 ชนิด ที่ถูกจัดเป็นนกที่กำลังจะสูญพันธุ์ (endangered) คือ นกชนหิน(Rhinoplax vigil) และ นกโพระดกหลากสี(Megalaima raffesii)

3.สัตว์เลื้อยคลาน พบสัตว์เลื้อยคลานจำนวน 11 วงศ์ 40 ชนิด จากการสำรวจพบว่ามีสัตว์เลื้อยคลานที่พบเฉพาะในบริเวณเขาหลวงแห่งเดียวในประเทศไทย 1 ชนิด คือ งูลายสาปมลายู (Amphiesma inas) เต่าจักร(Heosemys spinosa) งูหลามปากเป็ด(Python curtus) งูหลามเหลียมหัวหางแดง(Bungarus flaviceps) และชนิดที่พบเฉพาะในประเทศไทย คือ จิ้งจกนิ้วยาวกำพล(Cnemasopis kumpoli) ตุ๊กแกป่าโคนนิ้วติด(Crytodactylus brevipalmatus) จิ้งเหลนเรียวปักษ์ใต้(Lyzosoma herberti) งูเขียวดงลาย(Boiga sangsomi)

4.สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก พบสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำอาศัยอยู่ในอุทยานแห่งชาติเขาหลวงจำนวน 5 วงศ์ 12 ชนิด จากการสำรวจ พบว่ามีสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำที่พบเฉพาะบริเวณเขาหลวงแห่งเดียวในประเทศไทยจำนวน 1 ชนิด คือ กบเขาท้องลาย(Rana luctuosa) ชนิดที่หายากคือ กบตะนาวศรี(Ingerna tasanae) และชนิดที่พบเฉพาะในประเทศไทยจำนวน 1 ชนิด ได้แก่ เขียดงูศุภชัย (Ichthyophis supachaii)

5.สัตว์น้ำ จากการสำรวจพบสัตว์น้ำจำพวกปลา 8 วงศ์ จำนวน 16 ชนิด จำพวกปู 2 ชนิด ซึ่งหากมีการสำรวจอย่างจริงจัง คาดว่าจะพบความหลากหลายของสัตว์น้ำมากชนิดกว่านี้ เนื่องจากแหล่งน้ำมนพื้นที่อุทยานฯ เป็นแหล่งต้นน้ำลำธารปริมาณสารอาหารในน้ำยังมีน้อย กระแสน้ำไหลแรง และพื้นท้องน้ำเป็นพื้นหินและทรายเป็นส่วนมาก ไม่เหมาะกับการเจริญเติบโตของสัตว์น้ำโดยส่วนรวม ทำให้มีสัตว์น้ำเพียงบางชนิดสามารถปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมดังกล่าวได้