Per le particolari caratteristiche geomorfologiche e vegetazionali, l'alta valle dell'Anapo ha conservato una fauna  ricca ed interessante.
Tra i mammiferi, le presenze di maggiore rilievo sono la Martora (Martes martes), l'Istrice (Hysrix cristata) e numerosi chirotteri, favoriti dall'intenso carsismo e dalla notevole diversificazione di fasce ambientali. Un'ampia cavità naturale che si affaccia sul Bottiglieria, nota indicativamente come Grotta dei pipistrelli, ospita una colonia estiva di Vespertilio maggiore (Myotis myotis) assai consistente, oltre a tre rinolofidi di spiccato interesse protezionistico: il Rinolofo maggiore (Rhinolophus ferrumequinum), che la Convenzione di Berna del 1986  considera specie gravemente minacciata di estinzione; il Rinolofo minore (Rhinolophus hipposideros), incluso dalla medesima Convenzione tra le specie vulnerabili; il Rinolofo di Mehely (Rhinolophus mehelyi), molto raro in tutto il territorio nazionale. In inverno, la vicina Grotta Trovata, sebbene particolarmente frequentata dai visitatori, accoglie pure il Rinolofo euriale (Rhinolophus euryale), di cui si conoscono in Sicilia pochissime stazioni. 
Delle 58 specie ornitiche che nidificano nella Riserva, le più significative sono legate alle formazioni forestali e alle pareti rocciose. Fra le prime, vanno anzitutto ricordati il Codibugnolo di Sicilia (Aegithalos caudatus siculus),  importante endemismo dell'avifauna siciliana che negli Iblei occupa un areale ristretto e frammentato, e lo splendido Rigogolo (Oriolus oriolus), estremamente localizzato come nidificante. Sono presenti anche due picchi: il Torcicollo (Jynx torquilla), che, nutrendosi quasi esclusivamente di formiche, offre un tipico esempio di specializzazione alimentare, ed il Picchio rosso maggiore (Picoides major), il cui recente insediamento nel fondocava va forse correlato alle morie di platani, che hanno favorito gli insetti xilofagi dei quali ricerca attivamente le larve. Singolarmente, per le peculiarità microclimatiche delle cave, passeriformi come il Pettirosso (Erithacus rubecola) ed il Luì piccolo (Philloscopus collybita) nidificano in quest'area a quote molto più basse (200 m slm) di quelle solitamente occupate  per la riproduzione.
 Tipici elementi dell'avifauna rupicola sono l'abbondante Storno nero (Sturnus unicolor), in Italia esclusivo di  Sicilia e Sardegna, il Passero solitario (Monticola solitarius), il Gheppio (Falco tinnunculus), la Poiana (Buteo buteo) ed il grande Corvo imperiale (Corvus corax), che in inverno può formare assembramenti di  50 - 70 individui. Sui piccioni che sorvolano le gole imperversa fulmineo il Falco pellegrino (Falco peregrinus), rapace in netta espansione, che nella valle, in anni particolarmente favorevoli, ha allevato con successo fino a cinque giovani: un vero record riproduttivo, chiaro segno della ricchezza biologica di questo ambiente. Almeno cinque coppie si riproducono regolarmente nella Riserva.
Riguardo gli uccelli più strettamente associati all'acqua, deve segnalarsi la regolare nidificazione, rilevata a cominciare dagli  anni novanta, di alcune coppie di Martin pescatore (Alcedo atthis): questa specie, ponendosi al termine delle catene alimentari fluviali, può considerarsi un valido indicatore di salute dell'Anapo.
Anche il colorato, inquietante mondo dei rettili è molto ben rappresentato, soprattutto nei tratti che presentano una vegetazione “a mosaico” (formazioni di querce caducifoglie, macchie e garighe variamente compenetrate): rivestono, fra gli altri, interesse protezionistico la Testuggine di Hermann (Testudo hermanni hermanni), in generale regresso ma ancora facilmente osservabile in prossimità di sorgive, il Colubro liscio (Coronella austriaca), comune ma almeno apparentemente piuttosto localizzato, ed il variopinto Colubro leopardino (Elaphe situla), considerato il più bel serpente europeo, che in quest'area è ancora ampiamente distribuito. Frequente anche la Vipera comune della Magna Grecia (Vipera aspis hugyi), la cui pericolosità, comunque, va fortemente ridimensionata.
Per quanto concerne gli anfibi, ricordiamo due anuri ecologicamente specializzati: il Discoglosso dipinto (Discoglossus pictus pictus), un “rospetto” morfologicamente alquanto primitivo, che predilige fontanili e vasche per irrigazione,  e la Raganella italiana (Hyla intermedia), legata alle ripe con densa copertura vegetazionale e di abitudini prevalentemente arboricole.
 Fra gli altri pesci più comuni, sotto i massi ed i rami sommersi può ancora scorgersi la Trota sarda (Salmo trutta macrostigma), specie di alto valore biogeografico, che merita particolare attenzione perché ormai confinata a pochissimi corsi d'acqua.
Sebbene poco…“appariscente”, riveste grande importanza anche la fauna invertebrata, che comprende elementi antichissimi come il coleottero pselafide Amaurops sulcatula confusa, relitto del Terziario, ed endemismi iblei quali il tricottero Hydropsyche gereckei ed i plecotteri Protonemura helenae, sinora noto soltanto per l'Anapo, e Isoperla hyblaea, rinvenuto qui e lungo l'Irminio.