Per la varietà ambientale ed ecologica dell'area, la fauna dei Monti Lessini si presenta ricca e diversificata. Dallo studio faunistico elaborato per la redazione del Piano Ambientale del Parco, risultano presenti 181 specie di fauna vertebrata, esclusi i pesci, ed un numero elevatissimo di specie invertebrate.
Gli Uccelli sono il gruppo più ricco, con 113 specie osservate nel corso dell'anno. Vi sono alcune specie tipicamente alpine e legate agli ambienti rupestri o forestali, come il Fagiano di monte, il Gallo cedrone, il Francolino di monte, l'Aquila reale, il Picchio nero. Altre specie di estremo interesse sono il Gufo reale, un rapace notturno in forte contrazione in gran parte d'Italia, la Civetta nana e la Civetta capogrosso, due specie presenti in Italia solo sull'arco alpino. Altri uccelli tipici delle alte quote sono il Gracchio alpino, il Sordone, il Fringuello alpino ed il Picchio muraiolo. Nel settore vicentino del Parco è anche presente, come nidificante, il Falco pecchiaiolo.
Tra i grandi mammiferi è presente nell'ambiente forestale il Capriolo, mentre il Camoscio, più raro, domina le praterie d'altitudine, i ghiaioni e le pareti rocciose al confine con la provincia di Trento. Lo Scoiattolo ed il Ghiro sono piuttosto frequenti nelle aree forestali.
I prati, i pascoli ed i margini di bosco ospitano popolamenti di micromammiferi. Le specie più frequenti sono il Toporagno comune, il Crocidura ventrebianco, l'Arvicola sotterranea e l'Arvicola di Savi, che costituiscono le prede preferenziali di molti rapaci diurni e notturni e di mammiferi carnivori come là Volpe. Numerose, infine, sono le specie appartenenti alla "fauna vertebrata minore", ossia Rettili, Anfibi e Pesci, così come a quella invertebrata, con numerose specie legate agli ambienti cavernicoli.
