Bezkręgowce występujące w parku zostały jak dotąd słabo poznane, jednak wśród znanych gatunków można wymienić pijawkę lekarską, ćmę (motyla nocnego) z rodziny zawisakowatych – postojaka wiesiołkowca, mieniaka tęczowca oraz strużnika. Do cennych motyli w skali Europy (tzw. naturowych) należą przeplatka aurinia i modraszek telejus. Unikatami są trzy gatunki mrówek stanowiące relikt polodowcowy. Na łąkach parku można spotkać dużą populację tygrzyka paskowanego, zaś na torfowiskach populację bagnika przybrzeżnego.
W wodach parku występuje 21 gatunków ryb. Cztery z nich: strzebla błotna, różanka pospolita, piskorz oraz koza pospolita, objęte są ochroną gatunkową.
Na terenie parku występuje trzynaście gatunków płazów. Szczególnie licznie żyją tu żaby brunatne oraz żaby zielone. Jednymi ze szczególnie rzadkich gatunków płazów są ropucha paskówka oraz grzebiuszka ziemna. Z traszek obecne są traszka zwyczajna oraz grzebieniasta. W parku występuje także siedem gatunków gadów, w tym także żółw błotny – gatunek reliktowy i jeden z najbardziej zagrożonych gatunków gadów w Polsce. Wśród węży można spotkać żmiję zygzakowatą (głównie w ubarwieniu brunatnym, ze słabo zaznaczoną wstęgą KainowąŚledź Sławomir: Żmije w Poleskim Parku Narodowym, w: „Parki Narodowe” nr 4/2000, s. 27.), gniewosza plamistego oraz zaskrońca zwyczajnego.