本園區雖因地形很陡及人為活動多，不適合作為大型哺乳動物的家園，但是各種森林種類仍是許多中、小型野生動物理想的家園，其中以赤腹松鼠最為常見。
本園區內鳥類的種類與數量相當豐富，約有122種，因為交通便捷，已成為北部地區重要的賞鳥地點之一，尤其以大屯山區二子坪到新北投一帶林木茂密，鳥類數量甚多。
除了賞鳥之外，陽明山地區也是臺灣北部觀察蝶類的好地方，種類多達180餘種，以面天山、大屯山一帶最多；一○一甲縣道沿線與二子坪至清天宮路段全年均可觀察，每年約五月到八月更是本區最好觀察的蝶季。
大絹斑蝶
蛇類
除了冬天以外，當您沿著林間步道行走，可以觀察到很多昆蟲喔，例如獨角仙、鍬形蟲，與隨處可見的螳螂、蟋蟀、蝗蟲、竹節蟲等昆蟲；夏天森林裡鳴蟲是最好聽的聲音，本區蟬的種類多達20餘種，七、八月可聽到各種蟬類的叫聲；而秋天則是螽蟴、蟋蟀的繁殖季節，夜晚的蟲叫聲與蛙鳴為夜晚增添了幾許熱鬧氣氛。
本園區內的爬蟲類多達53種，主要為蛇類及蜥蜴類。因為蛇多，所以入山要特別注意安全問題；至於蜥蜴類，則以黃口攀蜥和經常出沒於草叢間的印度蜓蜥與麗紋石龍子最為常見。兩棲類則有樹蛙、赤蛙、蟾蜍、小雨蛙等共22種，每到夏季夜晚或下雨時，經常可在步道、水澤、樹林、草叢裡看到牠們的身影。