Fauna thumb|Jelenie szlachetne na wyspie Dżaryłgacz (2018) Na terenie parku narodowego odnotowano występowanie 83 gatunki morskich bezkręgowców, 352 gatunki owadów, 57 gatunków ryb, 4 gatunki płazów, 7 gatunków gadów (z których trzy – połoz kaspijski, i – są chronione), 250 gatunków ptaków oraz 30 gatunków ssaków.
Do rzadkich gatunków owadów należą m.in. pazurecznik wielki, zmrocznik pazik, zadrzechnia czarnoroga, smukwa kosmata, poświętnik czczony, paź żeglarz, paź królowej oraz niezdarka dziewica. W wodach Zatoki Dżaryłgackiej występują kraby , , Carcinus aestuarii, i , a także ostryga jadalna. Rzadkimi gatunkami ryb są m.in. siewruga, bieługa, , pławikonik sargassowy i umbryna iberyjska. Występują też ssaki morskie – delfiny, morświny i butlonosy.
Wyspa Dżaryłgacz jest ważnym obszarem dla ptactwa wodnego; rocznie nawet 150 tys. osobników przelatuje, a 130 tys. zimuje na tym obszarze. Należą do nich m.in. zagrożona wyginięciem sterniczka zwyczajna (Oxyura leucocephala) i narażona na wyginięcie głowienka (Aythya ferina). Gatunkami ptaków z Czerwonej Księgi Ukrainy są m.in.