Nel parco della Maremma sono presenti tre specie di ungulati selvatici: il cinghiale, il capriolo e il daino. È stata segnalata anche la presenza di carnivori di notevole valore conservazionistico quali il lupo, il gatto selvatico, e la martora.
Tra i mammiferi comuni si trova la volpe, il tasso, la faina, l’istrice e la lepre europea oltre a diverse specie di micro mammiferi.
Molto presente e ricca l’avifauna: il Parco della Maremma ospita infatti oltre 270 specie di uccelli e le aree umide rappresentano una importantissima area di svernamento per numerose specie di uccelli acquatici. Le aree prospicienti la foce dell’Ombrone hanno assunto negli ultimi anni un crescente rilievo internazionale per lo svernamento di numerosi contingenti di oche selvatiche e di gru.
Nel Parco nidificano inoltre molte altre specie importanti quali il fratino, l’occhion e la ghiandaia marina e dal 2010, grazie ad un progetto specifico di reintroduzione, è tornato di nuovo a nidificare anche il falco pescatore. Tra i rapaci presenti si distinguono il falco pellegrino, il lodolaio, il gheppio, la poiana, il falco di palude e il biancone; tra i rapaci notturni è possibile individuare l’allocco, il barbagianni, la civetta e l’assiolo.
Altre specie importanti di uccelli sono la tottavilla, che vive solo in ambienti integri, il rampichino che si ritrova solo nei boschi maturi e il picchio verde che rappresenta una specie chiave per l’incremento strutturale di cavità nei tronchi degli alberi.
