La singular situación de este espacio natural determina la presencia de poblamientos faunísticos de elevado interés. Uno de los más visibles son a las aves. Desde los inicios de la Reserva, se han observado más de 200 especies diferentes de aves. La cigüeña blanca, el martín pescador, la garza imperial, la garza real, el rascón, la polla de agua y varias especies de garcetas, son algunas de las aves que anidan en la Reserva. Entre las rapaces que nidifican, cabe destacar el milano negro y, especialmente, el aguilucho lagunero uno de los símbolos de identidad de la Reserva. También es un punto de parada en paso migratorio y de invernada para numerosas especies de patos, ardeidos, cormoranes, y paseriformes, entre otros. El avetoro y el carricerín real hacen parada durante el invierno. En conjunto, hacen de la Reserva Natural de Sebes un destino ornitológico de obligada visita durante las diferentes épocas del año.

Los peces son un grupo muy amenazado debido a la gran cantidad de especies exóticas introducidas, como las carpas o los siluros. Así y todo, todavía se conservan algunas especies autóctonas como el blenio de río, el barbo del Ebro, el bagre y la anguila, todas ellas en claro declive. En cuanto a los mamíferos, cabe destacar la presencia de la nutria, que junto con zorros, tejones, garduñas y jinetas forman la comunidad de carnívoros. Ungulados como el jabalí y el corzo y micromamíferos como ratones, topos, y musarañas junto con una amplia variedad de murciélagos completan este grupo. Entre los anfibios y reptiles destacan, entre otros, el galápago leproso, el lagarto ocelado, las lagartijas colirroja y colilarga, la culebra viperina y la culebra de herradura y anfibios como sapos y ranas. No hay presencia de caudados. Todas estas especies, a pesar de ser las más visibles, no son las únicas relevantes. Un buen número de invertebrados como la anáyade auriculada y diversas especies de mariposas y de libélulas también están presentes en la Reserva Natural de Sebes.