Phong Nha-Kẻ Bàng là nơi sinh sống của 113 loài thú lớn, nổi bật nhất là hổ và bò tót, loài bò rừng lớn nhất thế giới, 302 loài chim, trong đó có 35 loài nằm trong Sách đỏ Việt Nam và 19 loài nằm trong Sách đỏ thế giới; 81 loài bò sát lưỡng cư (18 loài trong Sách đỏ Việt Nam và 6 loài Sách đỏ thế giới); 259 loài bướm; 72 loài cá, trong đó có 4 loài đặc hữu Việt Nam. Năm 1996, ở đây có loài cá mới phát hiện ở Việt Nam. Linh trưởng có 10 bộ linh trưởng, chiếm 50% tổng số loài thuộc bộ linh trưởng ở Việt Nam, 7 loài nằm trong Sách đỏ Việt Nam, đặc biệt là voọc Hà Tĩnh, sao la, mang. Phong Nha-Kẻ Bàng được đánh giá là có hệ tự nhiên đa dạng nhất trong tất cả các vườn quốc gia và khu dự trữ sinh quyển quốc gia trên thế giới.

Phong Nha-Kẻ Bàng là nơi có cộng đồng linh trưởng phong phú bậc nhất Đông Nam Á. Năm 2002, nhà khoa học Đức Thomas Zegler đã phát hiện ra một loài thằn lằn tai mới có tên là Tripidophrus Nogei tại vùng núi Karst thuộc khu vực Chà Nòi. Loài thằn lằn này đã được đăng trên số báo 114 (2) phát hành tháng 7 năm 2007 của tạp chí Revue Suise De Zoologie. Các nhà khoa học đã đặt tên loài này là Thằn lằn Phong Nha-Kẻ Bàng (danh pháp khoa học: Cyrtodactylus phongnhakebangensis). Các nhà khoa học Đức đã xây dựng một khu giới thiệu Vườn quốc gia Phong Nha-Kẻ Bàng tại Vườn thú Köln để giới thiệu sự đa dạng sinh học của vườn quốc gia này, ở đây cũng phát hiện ra loại rắn mai gầm mới. Qua một thời gian khảo sát, các nhà khoa học Đức, Nga và Việt Nam đã phát hiện thêm 10 loài mới trong vườn quốc gia này, trong đó bao gồm 5 loài rắn, 5 loài tắc kè, thằn lằn, nhiều loài trong số mới phát hiện này là động vật đặc hữu ở đây.
Năm 1996, ở đây có loài cá mới phát hiện ở Việt Nam. Linh trưởng có 10 bộ linh trưởng, chiếm 50% tổng số loài thuộc bộ linh trưởng ở Việt Nam, 7 loài nằm trong Sách đỏ Việt Nam, đặc biệt là voọc Hà Tĩnh, sao la, mang. Phong Nha-Kẻ Bàng được đánh giá là có hệ tự nhiên đa dạng nhất trong tất cả các vườn quốc gia và khu dự trữ sinh quyển quốc gia trên thế giới.

Các nhà khoa học Việt Nam và các nhà khoa học Nga thuộc Viện Động vật hoang dã Sankt-Peterburg, các nhà khoa học Đức của Vườn thú Köln đã phát hiện thêm tại vườn quốc gia này hơn 100 loài mới trong khu hệ cá. Mười loại cá chưa từng thấy ở Việt Nam đã được phát hiện ở Vườn quốc gia này.

Trong 3 loài cá ở Phong Nha-Kẻ Bàng được ghi vào Sách Đỏ Việt Nam thì đã có 2 loài cá chình. Đó là cá Chình hoa (Anguilla marmorota) và cá Chình mun (Anguilla bicolo).
Khám phá Phong Nha Nha Kẻ Bàng là một những điểm du lịch Xanh hấp dẫn hiện nay tại Việt Nam. Quý khách có thể liên hệ, Du Lịch Xanh Quảng Bình - 052.3836333 - 0903295730 - Email: quangbinh@dulichxanh.com.vn