Vodozemci i gmazovi
Herpetofauna brijunskog otočja vrlo je dobro istražena. Zbog izoliranosti otočja, broj vrsta nije velik, ali su zato njihove populacije stabilne. Dvije vrste zelene žabe – velika zelena žaba (Pelophylax ridibundus) i unesena vrsta Pelophylax kurtmuelleri, žive u Brijunskoj bari, gdje posjetitelji mogu čuti njihovo ponekad iznimno glasno kreketanje. Što se gmazova tiče, na otočju živi jedna vrsta zmije – crna poljarica (Hierophis viridiflavus carbonarius), koje se posjetitelji ne moraju bojati jer je vrlo plaha, neotrovna zmija. U Brijunskoj bari žive i dvije vrste kornjača, rijetka i ugrožena barska kornjača (Emys orbicularis), ali i unesena vrsta crvenouha kornjača (Trachemys scripta).
Šišmiši
Šišmiši se na Brijunima istražuju i prate od 2010. godine. Izoliranost ovog otočja i ograničenja koja nalažu pravila ponašanja u Nacionalnom parku učinili su Brijune izrazito pogodnim mjestom za život odnosno povremeno obitavanje različitih vrsta šišmiša. Mir i neometanje od ljudi, dovoljna količina hrane (noćnih kukaca) te širok izbor različitih staništa za dnevni odmor razlozi su zbog kojih se na ovom relativno malom području može susresti čak 18 različitih vrsta ovih korisnih i ugroženih životinjica. Sve su vrste šišmiša u Europi zaštićene međunarodnim konvencijama. Mnoge vrste koje obitavaju na Brijunima na popisu su ugroženih vrsta. Tijekom istraživanja 2014. godine utvrđeno je da su Brijuni lokacija važna za razmnožavanje vrste veliki večernjak (Nyctalus lasiopterus), koja je prije toga smatrana gotovo izumrlom za područje RH.
Ptičji svijet
Na Brijunima je zabilježeno više od 160 vrsta ptica. Zbog dugogodišnje zaštite i raznolikosti staništa, ovo je područje idealno za hranjenje, gniježđenje i podizanje mladih mnogih ptičjih vrsta. Mnoge su od njih ptice stanarice, koje ovdje borave tijekom cijele godine, dok neke, ovisno o svojim potrebama, obitavaju tek neko vrijeme. Pojedine vrste Brijune iskoriste za odmor tijekom sezonskih migracija. Vrlo važno stanište za hranjenje i odmor ptica selica jesu Saline – zamočvareno ograđeno područje gdje se ptice mogu nesmetano pripremati za nastavak dugog putovanja.
U ovom zaštićenom području obitavaju i mnoge morske ptice. Zbog prisutnosti vrsta crnogrli plijenor (Gavia arctica), crvenogrli plijenor (Gavia stellata), morski vranac (Phalacrocorax aristotelis desmarestii), dugokljuna čigra (Sterna sandvicensis), crvenokljuna čigra (Sterna hirundo) i vodomar (Alcedo atthis), područje akvatorija zapadne Istre, pa tako i Brijuni, proglašeno je područjem Ekološke mreže i područjem mreže Natura 2000 prema Direktivi o pticama. Zapadni su otoci brijunskog arhipelaga gnjezdilišta galebova, čigri i morskog vranca. Brijunsko otočje jedno je od pet najvažnijih gnjezdilišta morskog vranca na području Jadrana.
Brijunska divljač i pauni
Među brijunskom divljači zasigurno su najpopularnije dvije vrste jelena – jelen lopatar (Dama dama) i jelen aksis (Axis axis) te muflon (Ovis musimon). Te su vrste početkom 20. stoljeća na Veliki Brijun unesene kao lovna divljač, a danas su dio brijunskog identiteta i cjelovitoga posjetiteljskog doživljaja. Osim njih, posjetitelji na Brijunima imaju često priliku vidjeti zeca (Lepus europaeus) i pauna (Pavo cristatus).