Хребетні тварини представлені 462 видами, з яких найрізноманітніших птахів — їх відмічено 304 види. Фауна плазунів налічує 9 видів і є однією з найрізноманітніших серед заповідників України. За всі роки спостережень у морських водах заповідника виявлено 83 види риб, або близько 50 % видового складу іхтіофауни Чорного моря. Наземна фауна ссавців нараховує 50, а морська — 3 види.