La presencia de un ave tan singular como el treparriscos, o la cigueña negra, en un mundo de farallones, riscos, hoces y berrocales, da el tono de la configuración espacial apta para una serie de espécies faunísticas en vías de extinción o de enorme escasez. La fauna se encuentra asentada en un habitát de climatología atenuada y de escasa presencia del hombre, con numerosos embalses donde beber y con abundantes recónditos cortados, donde el animal se refugia al abrigo de los escarpes. Estas especiales características permiten a determinadas especies seguir reproduciéndose, mientras que en otros lugares de la geografía ibérica, hace ya tiempo que desaparecieron.

En desniveles entre la penillenura y fondo de valle, que escilan entre 100 y 400 m, entre los bancales y paredes escarpadas o a nivel de valle, conviven más de 200 especies (hay menciones a un censo de más de 800). El número de rapaces es importante; veinte especies nidificantes entre diurnas y nocturnas. Destacan por su representatividad: el buitre negro, el águila real, el águila perdicera, la cigueña negra, el alimoche y el halcón peregrino. En cuanto a mamiferos también aparecen el gato montés, el lobo e el zorro siendo más frecuente este último.

Una consecuencia inmediata del microclima a nivel de valle, es la aparición de especies más sureñas, como el vencejo, la golondrina daurica o la curruca cabecinegra. También aparecen por estos parajes la lagartija colorroja, la culebra de herradura, así como sapos y gallipatos.

Lo que definitivamente conviene resaltar al viajero, es que se ha de enmcontrar con especies protegidas, algunas de las cuales estan en peligro de extinción. Aves tan llamativas como el Treparriscos, prodigio de la adaptación a la roca viva, corredor de paredes con patas provistas de fuertes dedos y largas uñas, algo mayor que un gorrión y lalas desproporcionadamente grandes, de color plomizo y manchas carmesí. Al treparriscos, los rigores climáticos del otoño e invierno le hacen bajar en altitud y latitud, de los 3.000 a los 700 m de la Meseta. Construye nidos en grietas inaccesibles. Es frecuente verle durante los meses de agosto y septiembre.

Uno de los reyes de estos parajes, de fácil observación, fundamentalmente en los grandes cortados, es el Buitre leonado, muy frecuente en los arrededores del Picón de Felipe, Aldeadavila, en los Arribes del Tormes, junto a Pereña o en los cortados de Cozcurrita donde también aparece el Alimoche (animal muy inteligente que incluso busca comida en los basureros). Estos animales son necrófagos y los animales muertos que consumen evitan problemas de transmisión de enfermedades, estando por ello justificada su protección. La intromisión del hombvre en su habitát, la falta de ganado muerto (por la reducción de la cabaña ganadera), los tendidos elétricos y otros son la problemática que acosa a estas especies.

Distintas águilas hacen acto de presencia, entre ellas se encuentran el Águila Real, especie protegida hace más de 20 años, siendo la más numerosa de Europa, llegando en España a las mil parejas; en los Arribes, según Icona, no sobrepasa las 17.

No faltan otros habitantes singulares como palomas, erizos, tejos, turones, comadrejas, buhos, cuervos, nutrias, garduñas y jinetas.

Pero de entre ellos, el habitante más apreciado del cañon es la Cigueña Negra, ya que las aproximadamente 15 parejas constituyen el 10% de la población española. El primer inventário de la cigueña negra en España en 1987 confirman que apenas quedan 175 parejas, lo que la situa en la lista de grave peligro de extinción, importancia extrema debido a que España tiene la población más importante de Europa occidental. En España se refugia en cuatro reductos, entre los que se encuentra el Duero internacional. El 61% de los nidos están instalados sobre roca e el 39% restante sobre árboles.

Entre los reptiles abunda el Lagarto ocelado y la Culebra bastarda, apareciendo también la Culebra de harradura.

Con la construcción de las grandes presas o barragens de los Saltos del Esla y Duero (Ricobayo, Villalcampo, Castro, Miranda del Douro, Picote, Bemposta, Saucelle, Aldeadávila), los ecosistemas fluviales sufrieron profundos cambios a causa de la modificación del régimen de caudales circulantes. Algunas especies migradoras como el salmón, la lamprea o el esturión disminuyeron hasta su total desaparición, de otras como La anguila apenas queda el testimonio. La introducción de especies foráneas (lucio, perca americana o blacbás, carpa, perca sol o pez sol), provocó en parte, la reducción de los cirínidos autóctonos, como bermejuela, pardilla o sarda, borallo, calandino, boga del duero, lo más interesantes de las quince especies del peces que se encuentran en los ríos del Parque.

Ligados de forma directa a esta fauna picícola y a las orlas ribereñas de los ríos y arroyos más estacionales, especies como nutria, rata de agua, cormorán, ánade real, cigueña negra, etc, encuentra en estas aguas un recurso trófico inestimable.