La fauna de este sitio privilegiado es la más diversa de Cuba. Entre las especies de vertebrados se encuentra el raro almiquí (Solenodon cubanus), representante de la fauna pleistocénica cubana; el carpintero real (Campephilus principalis bairdii); la cotorra cubana (Amazona leucocephala leucocephala) y el catey (Aratinga euops) especie también endémica de la misma familia de la cotorra. Otra curiosa especie que aquí habita es el sapito guantanamero (Peltoplrine ramsdeni), un pequeño anfibio anuro de 3 cm de largo.
En las zonas de Baracoa y Maisí de esta provincia existe un molusco de hábitos arborícolas, la polimita picta. Esta especie, que produce conchas de extraordinaria belleza, es muy sensible a los cambios de luminosidad, humedad, temperatura y salinidad del ambiente por lo que no ha podido adaptarse a otros territorio
