На территории национального парка отмечены 291 видом наземных позвоночных животных: 61 вид млекопитающих, 213 — птиц, 9 — пресмыкающихся, 8 видов земноводных[3]. Ихтиофауна Самарской Луки насчитывает 61 вид и подвид.
За последнее столетие количество позвоночных в этих местах сократилась на 15 видов. Среди исчезнувших — бурый медведь, большой тушканчик, европейский сурок, огарь, чёрный аист, малая крачка