W parku występuje 206 gatunków ptaków. Są to krytycznie zagrożony wyginięciem (CR) przedrzeźniacz dwupaskowy (występuje tylko na wyspie Cozumel), narażone na wyginięcie (VU) czubacz zmienny i kominiarczyk amerykański, a także m.in.: wężówka amerykańska, amazonka żółtokantarowa, pelikan brunatny, fregata wielka, kormoran oliwkowy, cyranka modroskrzydła, drzewica czarnobrzucha, sępnik różowogłowy, myszołów krótkoogonowy, myszołowczyk, czarnostrząb leśny, rybołów, warzęcha różowa, mewa karaibska, rybitwa mała, gołąbeczek malutki, wireonek brązowy, piżmówka, flaming karmazynowy, gołąbczak karaibski, czapla rdzawoszyja, drzemlik, sokół wędrowny i przedrzeźniacz czarny.
Ssaki morskie żyjące w parku to narażony na wyginięcie (VU) manat karaibski, a także m.in.: butlonos zwyczajny i delfin zwyczajny.
W części lądowej parku występują takie gady i płazy jak narażone na wyginięcie (VU) Kinosternon cruentatum i krokodyl amerykański, a także m.in.: żółw ozdobny, aga, Leptodactylus labialis, Scinax staufferi, smiliska meksykańska, Aristelliger georgeensis, Anolis limifrons, legwan zielony, czarnogwan środkowoamerykański, [Sceloporus cozumelae, Marisora brachypoda, Aspidoscelis cozumela, boa dusiciel, Leptodeira frenata i ostrogłów brązowy.