На территории заповедника обитают редкие, занесенные в Красную книгу виды животных. Это представители крылатых: кудрявый пеликан, белоглазый нырок, мраморный чирок, малая белая цапля, лебедь-кликун, малый лебедь, савка, змееяд, степной орёл, могильник, беркут, джек, кречетка, чернобрюхий рябок, белобрюхий рябок, саджа, бурый голубь, филин.

Из млекопитающих к редким и исчезающим видам относятся джейран, туркменский кулан, сайгак, редкий карликовый тушканчик, ушастый ёж. На участке Каскакулан в настоящее время находятся основные популяции кулана и джейрана, благодаря наличию источников питьевой воды.