На территории национального парка обитают 55 видов млекопитающих, 13 видов земноводных и пресмыкающихся, около 17 видов рыб. Встречаются редкие жуки, бабочки, жужелицы, дождевые черви. Многие животные находятся под особой охраной и занесены в Красную книгу РФ и Красную книгу Челябинской области.
Территория парка является местом миграции и гнездования большого количества птиц, их насчитывается не менее 160 видов. Здесь обитают черный аист, черный дрозд, уральская неясыть и др. Территория национального парка «Зигальга» является ключевой орнитологической территорией международного значения.
Кроме обычных для подобных территорий видов - медведя бурого, лося, волка, косули, куницы, лисицы и других - в национальном парке встречаются виды, включённые в международную (помечены - ***), российскую (**) и региональную (*) Красные книги:
- Насекомые: жужелица Карпинского (Carabus karpinskii)*' **, мнемозина (Parnassius nemosyne)*, махаон обыкновенный (Papilio machaon)*' **, переливница большая (Apatura iris)*' **, ленточник тополевый (Limenitis populi)*, перламутровочка альпийская (Boloria thore)*, перламутровочка северная (Boloria aquilonaris)*, бархатница дейдамия (Crebeta deidamia)*, сенница лесная (Coenonympha hero)*' **, шмель полевой (Bombuspascuorum)*, муравей черноголовый (Formica uralensis)*' ***.
- Рыбы: обыкновенный таймень (Hucho taimen)**, европейский хариус (Thymallus thymallus)**' ***, обыкновенный подкаменщик (Cottusgobio)**' ***
- Птицы: обыкновенный осоед (Pernis apivorus)*, ястребиная сова (Surnia ulula)*, оляпка ( Cinclus cinclus)*, пестрый дрозд (Zoothera dauma)*.
- Млекопитающие: летяга (Pteromys volans)*' ***, садовая соня (Eliomys quercinus)*' ***, речная выдра (Lutra lutra)*' **' ***, европейская норка (Mustela lutreola)*' **'***.
