В заповеднике богатая орнитофауна. Здесь обитает 230 видов птиц. В 1998 году организацию включили в программу «Ключевые орнитологические территории России» (KOTR). На территории заповедника обитают: серая цапля, орлан-белохвост, зимородок обыкновенный, степной лунь, большой подорлик, дупель.
Наряду с зверями и птицами, в заповеднике обитают 9 видов земноводных и 9 видов пресмыкающихся. К числу наиболее многочисленных видов следует отнести краснобрюхую жерлянку, обыкновенную чесночницу, озерную, прудовую и остромордую лягушек, болотную черепаху, ящерицу прыткую и гадюку Никольского, которая занесена в Красную книгу РФ. Более редкими видами считаются медянка обыкновенная, живородящая ящерица, веретеница ломкая, гребенчатый тритон.
Ихтиофауна насчитывает 42 вида рыб, из них 32% вида занесены в Красные книги разных уровней. В водоемах встречаются стерлядь, налим, сом, лещ, судак, жерех, чехонь и другие.
Отдельный интерес представляет украинская минога.
