由於保護區內環境異質性頗大，森林、灌叢、草原、農田、池塘、河流等各樣環境皆包含於其中，因此動物相極為豐富。以下茲分為哺乳類、兩棲類、爬蟲類、魚類、甲殼類及昆蟲類來分別介紹。
　

區內可見到的哺乳類有赤腹松鼠、台灣鼴鼠、小黃腹鼠、鬼鼠、家蝠及貍（白鼻心）等，其中以赤腹松鼠最容易見到。走在賞鳥步道上，常可見到赤腹松鼠頂著蓬鬆的大尾巴，在旁邊的林子裡上上下下地跳躍，還不時發出”嘁卡嘁卡”的聲音，頗為響亮。

在農田或林間小道上，有許多一條一條隆起的地道，這是有「遁地」功夫的台灣鼴鼠經過的痕跡。牠可不是囓齒目的鼠輩喔，而是食蟲目的一個成員，前肢特化適於挖掘，主食昆蟲。

兩棲類

本地的兩棲類有黑眶蟾蜍及多種青蛙（虎皮蛙、澤蛙、長腳赤蛙、腹斑蛙、拉都希氏赤蛙等）。黑眶蟾蜍和青蛙最大的不同就是牠眼後方有一對大型腮腺，體型也比青蛙大，動作遲緩，其蝌蚪也是黑大而笨拙。拉都希氏赤蛙為中小型蛙類，體長約40-60公釐，主要特徵為背部兩側明顯隆起的摺線，背部褐色，兩側灰色有斑點，族群數量尚稱多數。

拉都希氐赤蛙

保護區內可見的爬蟲類有箕作氏攀蜥、鱉、二種龜類及多種蛇類；如龜殼花、雨傘節、赤尾貽、眼鏡蛇、百步蛇（上述皆屬保育類）及赤尾鮐（青竹絲）等毒蛇；無毒的蛇類則有水蛇、草花蛇、過山刀、錦蛇、南蛇、臭青公等。這些蛇類夏天較易見到，但是隨著人為干擾的增加，在這裡遇見蛇類的機會也愈來愈少。

正在享受溫曖日光浴的赤米龜
赤尾鮐	南蛇的蛇皮	南蛇

無尾港水域內的魚類有大肚魚（食蚊魚）、吉利慈（吳郭魚）、鯔魚（烏魚）、鰻魚（有四種）、彈塗魚、鬍子鯰（土虱）、鯽、鱧魚及其他鯔科魚類。這些魚類大多屬河口性的魚，可適應較大幅度的鹽分變化及較低的溶氧量。其中吳郭魚及大肚魚皆為數十年前引進的魚種，對當地環境已相當適應，由於耐受佳競爭力又強，可能會對當地的 一些其他魚類造成負面影響，但也提供棲地鳥類的食源。

在沙灘上或濕生地上，常可發現許多小洞，旁邊堆了一堆細沙，有的洞口口徑甚至超過8公分，這就是螃蟹挖的洞穴了。在無尾港，螃蟹的種類及數量都很豐富，有招潮蟹二種（弧邊招潮、斯氏招潮），沙蟹二種（斯氏沙蟹、角眼沙蟹），方蟹科四種（紅螯螳臂蟹、無齒螳臂蟹、褶痕擬相手蟹、絨螯蟹，其中絨螯蟹即俗稱的毛蟹），地蟹科（凶狠圓軸蟹），梭子蟹科（鋸緣青蟳），饅頭蟹科（紅點黎明蟹）等。小型的螃蟹乃是部分水鳥的食源。

此地的昆蟲種類繁多，多種水生昆蟲、蜻蜓、金龜子、天牛、獨角仙、瓢蟲、蝽象、蜂及蝶類隨處可見。以蝶類為例，鳳蝶、蛺蝶、小灰蝶、蛇目蝶、粉蝶、斑蝶各科均有發現。賞鳥步道旁的蜜源植物眾多，天氣稍暖時即可見各種蝶類覓食其間。夏季時，在苦楝樹上很容易看到星天牛的幼蟲。