Muitas espécies de aves aquáticas migratórias, provenientes do Norte da Europa passam aqui o Inverno ou utilizam a Ria como ponto de escala na sua rota rumo a zonas mais meridionais. De entre as espécies invernantes mais relevantes podem destacar-se anatídeos como o Pato-real (Anas platyrhynchos), a Piadeira (Anas penelope), o Pato-trombeteiro (Anas clypeata), o Marrequinho-comum (Anas crecca) e o Zarro-comum (Aythya ferina) e das limícolas destacam-se o Borrelho-de-coleira-interrompida (Charadrius alexandrinus), o Borrelho-grande-de-coleira (Charadrius hiaticula), a Tarambola-cinzenta (Pluvialis squatarola), o Fuselo (Limosa lapponica), o Maçarico-de-bico-direito (Limosa limosa), o Maçarico-real (Numenius arquata), o Alfaiate (Recurvirostra avosetta), o Perna-longa (Himantopus himantopus), o Pilrito-pequeno (Calidris minuta) e o Pilrito-comum (Calidris alpina).

Borrelho-de-coleira-interrompida (Charadrius alexandrinus)
Merece destaque a Galinha-sultana (Porphyrio porphyrio), espécie emblemática do Parque, que devido à crescente protecção e estudo desta espécie, os efectivos populacionais têm aumentado nos últimos anos.

Galinha-sultana (Porphyrio porphyrio)
Merecem também destaque a colónia de Garça-branca-pequena Egretta garzetta, tendo o Colhereiro Platalea leucorodia também nidificado em alguns anos; e as populações de Cegonha-branca Ciconia ciconia. A população de Andorinha-do-mar-anã Sterna albifrons, uma espécie em declínio na Europa, nidifica nas dunas e salinas da Ria Formosa, representa 40% dos efectivos totais populacionais de Portugal.

Bando misto de Cegonha-branca, Garça-branca-pequena e Pernalonga
Aves de rapina são pouco frequentes, mas durante as épocas de migração e no Inverno encontram-se a caçar por toda a área, Tartaranhões como o Tartaranhão-azulado Circus cyaneus e o Tartaranhão-caçador Circus pygargus; a Águia-de-asa-redonda Buteo buteo e vários Falcões como Falcão-peregrino Falco peregrinus e o Peneireiro-vulgar Falco tinnunculus. Assim como algumas rapinas nocturnas a Coruja-do-Nabal Asio flammeus, a Coruja-das-torres Tyto alba e a Coruja-do-mato Strix aluco.
É de salientar a importância da Ria no ciclo de vida de numerosas espécies de peixes, moluscos e crustáceos, principalmente como zona de reprodução e alimentação. As comunidades bênticas, com composição variando desde as espécies nitidamente marinhas a outras próprias do sistema lagunar, apresentam populações extremamente numerosas e, algumas das quais de interesse económico, caso da Amêijoa-boa Ruditapes decussatus, do Berbigão Cerastoderma edule e do Lingueirão Ensis siliqua. Da ictiofauna estão identificadas 65 espécies, que se dividem em sedentárias, ocasionais e as migradoras-colonizadoras; de entre estas, as de maior interesse económico contam-se a Dourada Sparus aurata, o Sargo Diplodus sargus, o Robalo Dicentratus labrax, o Linguado Solea senegalensis e a Enguia Anguilla anguilla.
Nos répteis há que salientar a ocorrência do Camaleão Chamaeleo chamaeleon, espécie ameaçado de extinção e cuja distribuição em Portugal está confinada ao litoral Sotavento do Algarve, nos pinhais da orla continental e nas ilhas-barreira.
Dos mamíferos existentes pode-se destacar a Lontra Lutra lutra, o Sacarabos Herpestes ichneumon, a Geneta Genetta genetta, a Fuinha Martes foina, o Texugo Meles meles e a Raposa Vulpes vulpes..