Фауна заповедника насчитывает 55 видов млекопитающих. На территории всего заповедника из насекомоядных обычны еж, крот, обыкновенная бурозубка. Еж появляется весной, кормится преимущественно на окраинах населенных пунктах. В формировании почвенного покрова и регулировании численности беспозвоночных главная роль принадлежит кротам, которые распространены во всех лесах заповедника. Бурозубки встречаются во всех лесах, но особенное распространение имеют в широколиственных, где их главная роль состоит в формировании численности беспозвоночных лесной подстилки.
Из рукокрылых обычны рыжая вечерница, двуцветные кожаны, усатая и прудовая ночницы, охотящиеся на насекомых. В Красную книгу СССР занесена гигантская вечерница, которая встречается в колонии рыжих вечерниц.
Заяц-беляк и заяц-русак являются обычными видами для Волжско-камского заповедника. Беляк обитает лесах и практически не выходит за границы леса, русак – на полях, лугах и опушках леса.
Из грызунов самым массовым считаются рыжие полевки, обитающие во всех лесных биотопах. Их численность очень велика особенно в широколиственных лесах и осинниках, в результате чего они играют важную роль в круговороте веществ, с одной стороны питаясь растениями и их семенами и, с другой являясь кормом для хищников. Обыкновенные полевки многочисленны на полях, лугах и в разреженных лесах.
В водоемах по всей территории Татарии обитает ондатра, считающаяся самой крупной из полевок. Численность белки в Раифском лесу зависит от количества семян сосны и ели. Обычна в заповеднике лесная мышь и лесная мышовка, характеризующаяся цепким хвостом и характерной черной полоской на спине, передвигающаяся прыжками и ловко лазая по деревьям, питается преимущественно беспозвоночными животными. Некоторые грызуны довольно редки, например летяга и красная полевка.
Из хищных наиболее обычными являются лисицы, питающиеся в основном грызунами, зайцами, птицей, а также ягодами ландыша. Енотовидные собаки довольно редки и встречаются на Сараловском участке. Волки ранее обитавшие по всей территории заповедника, теперь заходят ежегодно в зимнее время года.
Обычны в заповеднике барсуки, появляющиеся в заповеднике после зимней спячки в конце апреля на проталинах и по обочинам просек. Они кормятся самой разнообразной пищей от дождевых червей до мелких млекопитающих. На Сараловском участке часто встречается американская норка, вытеснившая европейских норок, ранее обитавших на этой территории. По опушкам леса встречается ласка. Редко в заповеднике встречаются горностаи, рысь, бурые медведи.
Летом на территорию заповедника заходят бродячие кошки и собаки. Они питаются мелкими грызунами и птицами в охранной зоне, что неблагоприятно для заповедника.
Из копытных особенно многочисленным считается лось. Он обитает по опушкам, лесным просекам и дорогам, где растут сосны осины, рябины. Большая часть кабанов обитает на Раифском участке. Численность косули в заповеднике на сегодняшний день довольно мала.
Птиц в заповеднике 195 видов. Из них 9 видов занесено в Красные книги СССР и РСФСР – орлан-белохвост, беркут, могильник, змееяд, скопа, сапсан, балобан, черный аист, черноголовый хохотун.
В 50 - 70-х гг. на территории заповедника обитал орел-могильник, беркут, гнездились – сапсан, скопа, балобан, черноголовый хохотун. Редкими видами в Татарии становится серая куропатка, пастушок, серый журавль, лебеди, большая и малая выпи, чеглок, большой подорлик, осоед, совы, глухая кукушка.
Фоновыми птицами, распространенные повсеместно считаются воробьиные. Редкими среди них считается крапивник. До появления Куйбышевского водохранилища из птиц доминировали – овсянка-дубровник, желтая и желтоголовая трясогузка, луговой чекан, обыкновенная овсянка, камешевка-барсучок, чечевица. После образования стали зяблик, лесной конек, обыкновенная овсянка, в некоторые годы обыкновенная горихвостка, буроголовая гаичка, пеночка-весничка, а также иволга, серая мухоловка, зеленая пеночка, пересмешка.
В Раифском лесу обитает редкий в Татарии глухарь. В настоящее время стал реже встречаться перепел. Из хищных птиц гнездится большой подорлик. Также встречается в заповеднике филин.
Рептилий в заповеднике обитает 6 видов. Самым многочисленным является уж обыкновенный, встречающийся в заповеднике повсеместно. В чистых или с примесью липы сосновых лесах встречается медянка, питающаяся прыткими ящерицами. За последние 25 лет численность гадюк резко снизилась, так как места их зимовок совпали с местами скопления кабанов, что привело к гибели большого числа этих животных. Кроме того на территории заповедника встречается веретиница, прыткая и живородящая ящерицы.
Среди земноводных на территории заповедника обитают обыкновенный и гребенчатый тритоны, краснобрюхая жерлянка, обыкновенная чесночница, серая и зеленя жабы, озерная, прудовая, травяная и остромордая лягушки. Самой многочисленной является остромордая лягушка. На Раифском участке многочислен обыкновенный тритон. В связи с неблагоприятными погодными условиями и антропогенным воздействием.
Рыб в заповеднике 30 видов. Из осетровых сохранилась только стерлядь. Численность щуки резко сократилась в водохранилище зато там обитают сом, судак, берш, а в водоемах в районе Раифского участка обитают вьюн и щиповка. Карповые рыбы составляют большую часть всех рыб заповедника.
Среди дождевых червей наибольшую численность имеет Норденшельдов червь, из наземных моллюсков – лесная улитка.
Из крупных насекомых по всему заповеднику распространены жуки. Среди них наибольшей численности достигают лесной навозник и майский хрущ. В Красную книгу СССР занесены красотел пахучий, отшельник, пчела-плотник, а также 7 видов бабочек – махаон, подалирий, аполлон, Мнемозина, поликсена, большая переливница.
Наиболее охраняемые виды:
· Птицы
аист чёрный
балобан
беркут
выпь
глухарь
журавль серый
кукушка глухая
орлан-белохвост
осоед
пастушок
подорлик большой
сокол сапсан
хохотун черноголовый
чеглок
· Насекомые
аполлон
красотел пахучий
махаон
переливница большая
· Млекопитающие
барсук
горностай
косуля
рысь
собака енотовидная