H άγρια πανίδα του Εθνικού Πάρκου Βόρειας Πίνδου είναι πλούσια τόσο σε συνολικό αριθμό ειδών, όσο και σε σπάνια και προστατευόμενα είδη. Σχεδόν όλα τα μεγάλα θηλαστικά της ηπειρωτικής Ελλάδας, είτε είναι σπάνια, όπως η αρκούδα (Ursus arctos), ο λύκος (Canis lupus), ο αγριόγατος (Felis sylvestris), η βίδρα (Lutra lutra), το αγριόγιδο (Rupicapra rupicapra balcanica) και το ζαρκάδι (Capreolus capreolus), είτε περισσότερο κοινά, όπως το αγριογούρουνο (Sus scrofa), παρουσιάζουν αξιόλογους πληθυσμούς στην περιοχή. Άλλα μικρότερα θηλαστικά που απαντώνται στο Εθνικό Πάρκο είναι: η αλεπού (Vulpes vulpes), ο ασβός (Meles meles), ο λαγός (Lepus capenis), ο σκαντζόχοιρος (Erinaceus concolor), ο σκίουρος (Sciurus vulgaris), το κουνάβι (Martes foina), το σπάνιο δασοκούναβο (Martes martes), πολλά μικροθηλαστικά και αρκετά είδη νυχτερίδων. Συνολικά στο Εθνικό Πάρκο απαντώνται πάνω από 60 είδη θηλαστικών.
Στο σύνολο των περισσότερων από 180 ειδών πουλιών της περιοχής, μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα αρπακτικά πουλιά και κυρίως ο Ασπροπάρης (Neophron percnopterus), ο Χρυσαετός (Aguila chrysaetos), ο Πετρίτης (Falco pereginus), ο Σταυραετός (Hieraetus pennatus), ο Φιδαετός (Circaetus gallicus) και το Χρυσογέρακο (Falco biarmicus). Επίσης, αξιόλογη είναι η παρουσία Δρυοκολαπτών, όπως ο μεγάλος μαύρος Δρυοκολάπτης (Dryocopus martius) και ο βαλκανικός Δρυοκολάπτης (Dendrocopos syriaca). Ενώ στο Εθνικό Πάρκο απαντώνται και άλλα σημαντικά είδη, όπως η ορεινή Πέρδικα (Alectoris graeca), η Βουνοπαπαδίτσα (Parus montanu), η Τοιχόδρομα (Tichodroma muraria), ο Νεροκότσυφας (Cinclus cinclus), ο Μαυροπελαργός (Ciconia nigra), η Χιονάδα (Eremophilla alpestris), ο Χιονόστρουθος (Montifrigillani valis) κ.ά.
Στα περίπου 30 είδη ερπετών του Εθνικού Πάρκου συγκαταλέγονται 16 είδη σαύρας, 10 είδη φιδιών και 4 είδη χελώνας. Ενδεικτικά αναφέρουμε την παρουσία της κερκυραϊκής σαύρας (Algyroides nigropunctatus), του σπιτόφιδου (Elaphequatrolineata) και της κρασπεδωτής χελώνας (Testudo marginata).
Από τα 14 είδη αμφιβίων που συναντώνται στo Εθνικό Πάρκο, σημειώνουμε την παρουσία της Σαλαμάνδρας (Salamandra salamandra), του Χωματόφρυνου (Bufo bufo), του Πρασινόφρυνου (Bufo viridis) και του αλπικού Τρίτωνα (Triturus alpestris). Ειδικά η παρουσία του τελευταίου γίνεται εύκολα αντιληπτή μια και ζει σε μικρές αποικίες σε διάσπαρτες λιμνούλες και μικρές συγκεντρώσεις νερών στα μεγάλα υψόμετρα των βουνών του Εθνικού Πάρκου, όπως για παράδειγμα στις Δρακόλιμνες του Σμόλικα και της Τύμφης και στις λίμνες της Φλέγγας.
Στα ποτάμια και τα ρέματα του Εθνικού Πάρκου ζουν 17 είδη ψαριών. Αξίζει να αναφέρουμε το ενδημικό είδος του ποταμού Αώου, τον Πινδοβίνο (Oxynoemacheilus pindus), τον σπάνιο για την Ελλάδα Χειλά (Pachychilon pictum), που συναντάται στο σύμπλεγμα του ποταμού Αώου και των παραποτάμων του, καθώς και τα περισσότερο κοινά είδη, όπως είναι η Πέστροφα (Salmo trutta), ο Κέφαλος των γλυκών νερών (Leuciscus cephalus), ο Σύρτης (Chondrostoma nasus) και η Μπριάνα (Barbus peloponnesius).
