เขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าเขาอ่างฤๅไน แบ่งเป็นประเภทๆ ได้ดังนี้

• สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม พบรวมทั้งหมด 64 ชนิด จาก 50 สกุล ใน 23 วงศ์ ได้แก่ พญากระรอกดำ กระรอกหลากสี ชะนีมงกุฎ เก้ง เป็นต้น และมีที่สัตว์ขนาดใหญ่ เช่น ช้าง กระทิง และวัวแดง เป็นต้น
• สัตว์ปีก จำพวกนก สามารถพบได้ตลอดเวลาทั่วพื้นที่ประกอบด้วยนก 246 ชนิด 160 สกุลใน 64 วงศ์ นกป่าที่พบในพื้นที่ เช่น นกกาฮัง หรือนกเงือกใหญ่ นกเงือกกรามช้าง ไก่ฟ้าพญาลอ นกแต้วแล้วธรรมดา นกกระติ๊ดขี้หมู นกเขาใหญ่ นกปรอดสวน นกเอี้ยงสาลิกา และเหยี่ยวขาว เป็นต้น

• สัตว์เลื้อยคลาน พบในพื้นที่รวม 53 ชนิด 40 สกุลใน 16 วงศ์ สัตว์ที่พบได้แก่ งูเขียวหัวบอน หรืองูง่วงกลางดง จิ้งเหลนภูเขาเกล็ดเรียบ จิ้งเหลนหลากลาย ตะกวด และงูสายม่านเกล็ดใต้ตาใหญ่ เป็นต้น นอกจากนี้ยังพบจระเข้น้ำจืด และตะกอง หรือตัวลั้ง

• สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก พบทั้งหมด 18 ชนิด 9 สกุลใน 5 วงศ์ สัตว์ที่พบได้แก่ เขียดหลังปุ่มที่ราบ เขียดตะปาด เขียดจิก กบหนอง อึ่งอ่างบ้าน และอึ่งอ่างแม่หนาว เป็นต้น

• สัตว์น้ำ เช่น ปลาน้ำจืด ชนิดปลาที่พบไม่น้อยกว่า 23 ชนิดจาก 18 สกุลใน 13 วงศ์ ปลาที่พบได้แก่ ปลาแก้มช้ำ ปลาซิวควาย ปลาเนื้ออ่อน ปลาช่อน ปลากระดี่ ปลาหลด เป็นต้น

• แมลง แมลงที่หายากได้ถูกได้ประกาศเป็นสัตว์ป่าคุ้มครอง เช่น ผีเสื้อภูฐาน สกุลผีเสื้อไกเซอร์ สกุลผีเสื้อถุงทอง สกุลผีเสื้อนางพญา ผีเสื้อรักแร้ขาว ผีเสื้อหางติ่งสะพายเขียว สกุลผีเสื้อหางดาบตาลไหม้ ด้วงดินปีกแผ่น สกุลด้วงดินขอบทองแดง สกุลด้วงคีมยีราฟ และสกุลกว่างดาว เป็นต้น

แมลงในเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าเขาอ่างฤๅไน สามารถพบเห็นได้ในทุกๆ ที่ โดยเฉพาะในฤดูฝน แมลงที่พบมีจำนวน 106 ชนิด จาก 76 สกุลใน 12 วงศ์ กลุ่มที่พบเห็นได้บ่อย ได้แก่ ผีเสื้อติ่งฉะอ้อน ผีเสื้อสะพายฟ้า ผีเสื้อหางติ่งแววมยุรา ผีเสื้อช่างร่อน ผีเสื้อหางติ่งนางระเวง ผีเสื้อโยม่า ผีเสื้อโคคิโน ผีเสื้อเจ้าป่า ด้วงกว่างสามเขาจันทร์ เป็นต้น